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Produktivität Zuverlässige Steuerungen und Roboter erhöhen Maschinenproduktivität

Autor / Redakteur: Leopold Schenk / Alexander Strutzke

In der Metallbearbeitung ist es kaum möglich, den „schnellen Euro“ zu verdienen. Nur wer langfristig kostengünstig produzieren kann, wird unter dem Strich erfolgreich sein. Daher achten die Endanwender vermehrt auf Langzeitqualität und Verfügbarkeit der entscheidenden Komponenten. Die Fertigungsautomatisierung spielt ebenfalls eine sehr wichtige Rolle.

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Der Fanuc-Roboter M-710i sorgt an der Hamuel HSTM300 fürs vollautomatische Be- und Entladen.Bild: Hamuel
Der Fanuc-Roboter M-710i sorgt an der Hamuel HSTM300 fürs vollautomatische Be- und Entladen.Bild: Hamuel
( Archiv: Vogel Business Media )

Ein Schlagwort für langfristigen Produktionserfolg ist der „Total Cost of Ownership (TCO)“. Das bedeutet, dass der Einkäufer von Produktionsanlagen nicht nur den Preis, sondern auch die Folgekosten aufsummieren und beurteilen muss.

Unter solchen Gesichtspunkten werden immer häufiger Werkzeugmaschinen und deren wesentliche Komponenten unter die Lupe genommen, zum Beispiel die Antriebe und Steuerungen. Sie werden nicht nur bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit untersucht, sondern auf Langzeitqualität, Verfügbarkeit und Service geprüft.

Bildergalerie

Eigenschaften, bei denen Fanuc GE als weltweit führender Anbieter von intelligenter Fabrikautomatisierung und CNC-Technik zu punkten weiß. Denn die Verfügbarkeit der CNC von Fanuc GE ist nicht nur bekannt, sie lässt sich auch mit Zahlen belegen: Statistische Untersuchungen haben ergeben, dass rechnerisch erst nach über zehn Jahren ein Fehler auftreten kann, der zu einem steuerungsbedingten Ausfall der Werkzeugmaschine führt (Mean Time Between Failures – MTBF). Das ist in einer Branche, in der jeder Stillstand ein kleines Vermögen kostet, ein wichtiges Argument.

Bei langfristigem Einsatz von Antriebs- und Steuerungstechnik muss die Ersatzteilversorgung berücksichtigt werden. Denn selbst die besten Komponenten sind dem Verschleiß unterworfen. Fanuc GE hat diesbezüglich einen Trumpf im Ärmel: Wer sich für eine Maschine mit Steuerungs- und Antriebstechnik des Unternehmens entscheidet, erhält die Garantie, während der gesamten Maschinenlebenszeit jedes Original-Ersatzteil geliefert zu bekommen. Durch den weltweiten Vor-Ort-Service erhalten Kunden die Ersatzteile in nahezu jedem Land der Erde innerhalb kürzester Zeit.

Lebenslange Versorgung der Antriebe und Steuerungen mit Original-Ersatzteilen

Außerdem tragen schnelle und einfache Wartungsmöglichkeiten zu hoher Produktivität bei. Der Austausch einzelner Komponenten ist meist ohne Softwareänderung möglich, was den Aufwand erheblich verkürzt. Auch das Einspielen von neuen Programmen und Backups sowie der Austausch von Hardwarekomponenten funktionieren schnell und unkompliziert – und tragen so zu einer extrem kurzen MTTR (Mean Time to Repair) bei.

Zudem ist die gesamte Software aufwärtskompatibel angelegt – system- und generationenübergreifend. Das heißt, jedes Programm, das einmal für eine Steuerung von Fanuc GE erstellt wurde, läuft problemlos auf jeder neuen Steuerung. Damit sparen sich die Anwender bei einem neu ausgestatteten Maschinenpark Zeit fürs Programmieren beispielsweise selten benötigter Werkstücke oder Ersatzteile.

Die Produktivitätsunterstützung reicht bis ins Detail: Weil Fanuc-Steuerungen im Allgemeinen ohne PC konzipiert sind, sind die Hochlauf- und Ausschaltzeiten äußerst kurz. Es dauert nur 30 s, bis Steuerung und Motoren einsatzbereit sind. Das Ausschalten ist ohne Zeitverlust möglich. Vergleicht man diese Spannen mit denen anderer Anbieter, lassen sich bis zu drei Tage unproduktiver Zeit pro Jahr einsparen. Dazu kommt noch die Stromersparnis für diese Zeit.

Antriebe und Steuerungen brauchen leistungsfähige Komponenten

Bei all diesen Argumenten, die für den wirtschaftlichen Einsatz von Steuerungs- und Antriebstechnik von großer Bedeutung sind, darf die Leistungsfähigkeit der Komponenten nicht unter den Tisch fallen. Fanuc hat den Anspruch, immer schnellere und präzisere Bearbeitung durch neueste Techniken zu ermöglichen. Das gilt für die einfachen CNC-Lösungen bis zu den Highend-Steuerungen der Serien 30/31/32i (Bild 4 – siehe Bildergalerie).

Sie eignen sich besonders für komplexe Maschinen, wie sie in Europa immer häufiger eingesetzt werden, weil sie viele Funktionen bieten, um aus Mehrachsenmaschinen oder kombinierten Dreh-Fräs-Zentren die optimale Produktivität herauszuholen. Auch für Maschinen zur Mehrpfadbearbeitung, wie Mehrspindel- und Transfermaschinen, sind diese Steuerungen geeignet.

Fanuc selbst ist in seinen Produktionsstätten am Fujiyama in Japan Anwender der eigenen Technik. Alle Fanuc-Komponenten müssen sich dort im täglichen Produktionsalltag bewähren. Das gilt für Steuerungen und Antriebstechnik – aber auch für Roboter, von denen dort über 1100 Stück installiert sind.

Intelligente Roboter ergänzen die Werkzeugmaschine

Fanuc setzt auf den wachsenden Einsatz so genannter intelligenter Roboter im Bereich der Werkzeugmaschinen. Darunter sind Roboter zu verstehen, die Fähigkeiten analog zu einem Bediener aufweisen.

Diese Roboter besitzen beispielsweise einen Vision-Sensor, der die Aufnahme des zufällig auf der Palette platzierten Werkstücks ermöglicht. Ein vom Vision-Sensor erfasstes Bild wird einer zweidimensionalen Verarbeitung unterzogen. Die Position und Richtung des Werkstücks werden an den Roboter übermittelt, sodass dieser das zufällig platzierte Werkstück aufnehmen kann.

Zum Greifen unterschiedlicher Werkstücke kommt die Servohand zum Einsatz. Ein Servomotor steuert die Handbackenposition und die Kraft beim Greifen von Werkstücken mit wechselnder Größe und unterschiedlichem Gewicht.

Sensoren ermöglichen Einsatz intelligenter Roboter

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Einsatz eines 3D-Sensors, der Greifabweichungen durch Variationen bei den Werkstück-Gussformen ermöglicht. Der separat vom Bedienungsroboter installierte 3D-Sensor erkennt ein Werkstück in der Hand und kompensiert die Abweichung, sodass das Werkstück exakt in das Spannzeug geladen werden kann (Bild 1).

Intelligente Roboter können deshalb Werkzeugmaschinen sinnvoll ergänzen, indem sie zum Beispiel lose Werkstücke wahllos aus einer Kiste entnehmen und die Maschine automatisch bestücken, ohne das ein Bediener eingreifen muss. So lässt sich eine unbemannte Bearbeitung über einen langen Zeitraum erzielen. Bei einem konventionellen Robotersystem muss hingegen ein Arbeiter die Werkstücke vorher manuell ausrichten, um das Greifen zu ermöglichen. Interessant ist auch der Robotereinsatz zum Reinigen oder Entgraten von Werkstücken sowie zur Qualitätskontrolle, was parallel zum Bearbeiten in der Maschine stattfinden kann.

Intelligente Roboter an Werkzeugmaschinen in der Praxis

Roboterlösungen an Werkzeugmaschinen sind keine graue Theorie, sondern vielfach in der Praxis erfolgreich, und zwar durchgängig beim Fräsen, Drehen und Schleifen. So realisierte beispielsweise die Hamuel Maschinenbau GmbH, Meeder, mit einem sechsachsigen Knickarmroboter der Serie M-710i den automatischen Werkstückwechsel für sein Highspeed-Dreh-Fräs-Zentrum HSTM300.

Der Roboter befindet sich rechts neben der Maschine und bedient sich aus einem Zwischenspeicher, in dem die Werkstücke auf HSK100-Spannadaptern bevorratet werden. Der Roboter greift die Rohteile am Adapter und legt sie in die Maschine in Bearbeitungsposition ein. Die Robotersteuerung meldet das Ende des Ladevorgangs an die Steuerung, welche automatisch die Bearbeitung der Turbinenschaufeln und Blisks startet.

Auch für die Entnahme der Fertigteile ist der Roboter zuständig. Er nimmt diese aus der Achse heraus und stellt sie in einen gesicherten Schleusenbereich, auf den der Bediener von außen zugreifen kann. Hamuel hat weitere Optionen im Auge. Auf Kundenwunsch könnte der flexible Roboter zusätzliche Aufgaben übernehmen.

Vision-System ermöglicht zielgenaue Aufnahme

Ausgerüstet mit einem Vision-System wäre er zum Beispiel in der Lage, auch ungeordnete Werkstücke zielgenau aufzunehmen. Außerdem ließen sich mit ihm mehrere Maschinen verketten und versorgen.

Roboterlösungen lassen sich auch nachrüsten, wie beim Getriebespezialisten GSC Schwörer, Eisenbach, geschehen. Dort stellten die Verantwortlichen neben eine Spinner-Drehmaschine einen Robot M-6iB, der von oben auf die Werkstücke zugreift (Bild 2). Somit nutzen sie die Vorteile eines Portalladers, da der Bediener vollen Zugriff auf die Maschine und den Bearbeitungsprozess hat, und profitieren gleichzeitig von der Flexibilität des Sechs-Achs-Roboters. Den Umbau realisierte die Spinner Automation GmbH in Marktgröningen, die aufs Automatisieren der Spinner-Werkzeugmaschinen spezialisiert ist. Die Lösung bei GSC Schwörer war von Anfang an erfolgreich, weshalb das Unternehmen bereits nach einem halben Jahr eine zweite, ebenso automatisierte Drehmaschine geordert hat.

Auch Schleifmaschinen mit Roboter erhöhen Produktivität

Der Robotereinsatz ist nicht auf Dreh- und Fräsanwendungen beschränkt. Auch Hersteller von Schleifmaschinen bieten inzwischen derartige Lösungen an, um die Produktivität ihrer Kunden zu erhöhen.

So zum Beispiel die Schweizer Ewag AG und die Tübinger Walter Maschinenbau, die beide zum Schleifring-Konzern gehören. Am Beispiel der Ewag-Compact-Line, die der vollautomatisierten Produktion und dem Nachschärfen von Wendeschneidplatten dient, wird deutlich, wie eine solche Lösung aussehen kann: Bei dieser Schleifmaschine ist der vollautomatische Betrieb von großer Bedeutung. Denn gerade bei der Fertigung von kleinen Serien kommt es auf möglichst kurze Rüstzeiten an.

Dazu wurde die Schleifmaschine mit einem kundenspezifischen Palettensystem versehen, aus dem sich der sechsachsige Knickarm-Roboter LR Mate 200iC bedient. Er entnimmt die Rohlinge und setzt sie in ein schnell wechselbares Spannsystem (Bild 1). Geschützt vor Kühlschmierstoff und Spänen ist der Roboter zwar in der Maschine, aber räumlich getrennt vom Bearbeitungsraum auf der rechten Seite untergebracht.

Daraus resultiert ein sehr kleiner Verfahrweg des Roboters, was sich positiv auf die Ladezeit auswirkt. Durch eine Schnellspann-Schnittstelle kann der Roboter in kürzester Zeit den Greiferkopf wechseln, um beim Produktwechsel sofort gerüstet zu sein.

Leopold Schenk ist Geschäftsführer der Fanuc GE CNC Deutschland GmbH in 73765 Neuhausen a. d. F.

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