Ein Roboter mit elektrischem Drehmoment-Schrauber ist die perfekte Automation von Fräsmaschinen ohne Drehdurchführung 

Vor 25 Jahren noch waren Beladeroboter in der Zerspanung den Industrien mit großen Fertigungslosen vorbehalten, kurz: vor allem der Automobilbranche. Für Auftragsfertiger mit deutlich geringeren Stückzahlen bildeten Rund- und Stauförderer den Einstieg in die Automation. Modernere Systeme verwenden Roboter zum Einsetzen von Paletten oder Schraubstöcken mit Nullpunkt-Spannsystem in CNC-Maschinen. Vorteil daran ist die geringe Erstinvestition, die sie für kleine Losgrößen zunächst attraktiv erscheinen lassen – jedoch nur zunächst, denn sie stoßen bei zunehmender Stückzahl schnell an Grenzen. Zum einen muss für jedes einzelne Bauteil ein Spannsystem beschafft werden. Zum anderen sind Schraubstöcke in unterschiedlichen Größen in entsprechender Anzahl erforderlich. Das bedeutet: Auf den Produktlebenszyklus der Automation gerechnet überschreiten die Kosten für Schraubstöcke in der Regel den Anschaffungspreis des Handhabungssystems. Für Auftragsfertiger mit „Low Volume, High Mix“-Portfolio sind derartige Investitionen in Schraubstöcke kaufmännisch schwer zu rechtfertigen. 

Der SherpaLoader® im Einsatz

Eine flexiblere Lösung für das Bestücken von Produktionsmaschinen bieten Roboter, die Rohteile direkt in den Maschinenschraubstock einlegen. Vorteile hier: gesteigerte Spindelzeit, reduzierter Einsatz von Personal am Tag und die Möglichkeit zur mannlosen Fertigung in der Nacht oder am Wochenende. Doch auch diese Art von Automation steht vor zwei grundsätzlichen Herausforderungen. Erstens: Die Roboterabläufe müssen anwenderfreundlich einzurichten sein, denn nur Systeme, die ohne aufwendige Schulungen bedienbar sind, erlauben eine optimale Nutzung der Roboteranlage. Zudem sollten Systeme mit moderner Dialogsteuerung, anschaulichen Grafiken und leicht verständlichen Symbolen ausgestattet sein, um einen reibungslosen Einsatz bei schichtübergreifender Produktion und bei Mitarbeitern mit unterschiedlicher Qualifikation zu gewährleisten. 

Die zweite Herausforderung ist die Nachrüstung der Bearbeitungsmaschine für pneumatische oder hydraulische Werkstückspannung: Ist die Maschine mit einem Drehtisch oder einer Wippe ausgerüstet, erfordern diese Drehdurchführungen für Druckluft beziehungsweise Hydrauliköl zur Versorgung des Spannsystems. Diese Sonderausrüstung wird bei der Neubeschaffung einer CNC-Maschine nur dann berücksichtigt, wenn eine spätere Automation absehbar ist. Die Nachrüstung von Drehdurchführungen kostet etwa 30.000 Euro, dazu kommen automatische Spanner, die bis zu 4.000 Euro kosten. Eine Nachrüstung ist zudem nicht für jedes Modell möglich und der Wechsel von einer mechanischen auf eine pneumatische oder hydraulische Spannung kann die Zuverlässigkeit bestimmter Bearbeitungsparameter negativ beeinflussen. 

Eine innovative Lösung für all diese Probleme ist der ClampBooster aus dem Hause Idee-Werk: ein elektrischer Antrieb zur Automation des mechanischen Schraubstocks. Als Drehmoment-Schrauber wird er neben die Robotergreifer montiert und vom Roboterarm zum Schraubstock geführt, um diesen zu spannen. Nach der Zerspanung öffnet der Antrieb den Schraubstock auf die gleiche Weise. Der Krafteintrag erfolgt über eine Vierkantwelle mit wechselbaren Steckaufsätzen und ist somit an alle gängigen Schraubstöcke adaptierbar.

ClampBooster

ClampBooster: Kompatibel mit allen gängigen Schraubstöcken 

Für einen robusten Einsatz hat die Stuttgarter Firma SHERPA Robotics den Drehmoment-Schrauber nahtlos in ihren Beladeroboter SherpaLoader® integriert. Alle Prozessparameter wie Spannmoment, Öffnungsweg und Spannposition sind per Touch Panel einfach zu konfigurieren und zusätzliche Schraubstöcke können flexibel eingebunden werden. Die Symbiose von SherpaLoader® und ClampBooster ermöglicht die robotergestützte Beladung einer Fräsmaschine – und zwar ohne kostenintensiven Maschinenumbau – und erlaubt Fertigern, ihr vertrautes Spannsystem weiterhin zu nutzen.

Doch der Einsatz eines Roboters bietet noch weitere Vorteile, denn er kann Werkstücke automatisiert vorprägen. Bisher war das Vorprägen stets ein manueller Arbeitsschritt – selbst bei automatisierter Beladung. Ein Sechsachsroboter wie der SherpaLoader® kann Bauteile vor dem Spannen in der Bearbeitungsmaschine in eine Prägestation einbringen, in der sie im Spannbereich mit einer Kontur versehen werden, die eine formschlüssige Spannung im Maschinenschraubstock ermöglichen. Der geringere Spannbereich spart nicht nur Material ein und erlaubt reduzierte Spannkräfte, sondern optimiert auch den Zugang zum Werkstück von allen Seiten. Dies ist bei der 5-Seiten-Bearbeitung besonders nützlich. Dieses Vorprägen hat SHERPA Robotics mit dem System SOLIDStamp der HWR Spanntechnik prozesssicher in die Werkstückhandhabung integriert. Hauptzeitparallel legt der Roboter Rohlinge in eine Prägestation ein, bevor sie in den Schraubstock der Bearbeitungsmaschine gespannt werden.

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Hohe Kapazität für autonome Laufzeit 

Die CNC-Automation SherpaLoader® unterscheidet sich also nicht nur durch die perfekte Integration von ClampBooster und SOLIDStamp Prägestation von konventionellen Beschickungsanlagen, sie überzeugt noch durch ein weiteres Feature: das 3D-Kamerasystem. Als führender Hersteller von kameragestützter CNC-Automation nutzt SHERPA Robotics schon seit 2016  Kamerasysteme, mit denen der Beladeroboter Teile zu jeder Tages- und Nachtzeit erkennt. So kann das Rohmaterial auf gewöhnlichen Tischwagen oder Euro-Paletten bereitgestellt werden, ohne lasergeschnittene Blechschablonen und ohne Einrichteaufwand, was bei konventionellen Anlagen alles erforderlich wäre. Damit auch bei kurzlaufenden Bauteilen über 48 Stunden mannlos gefertigt werden kann, sind Schubladensysteme erhältlich. Gerade bei kleinen bis mittleren Losgrößen werden so Fertigungskosten gesenkt, was einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil bringt. Die Produktfamilie SherpaLoader® wird übrigens in drei Größen und für Werkstücke bis 70 Kilogramm gebaut. Zudem ist eine Vielzahl an flexiblen Erweiterungen erhältlich, von stapeln und reinigen bis messen und beschriften.

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