Mit Automation volles Potenzial von Werkzeugmaschinen heben

Die Automa­tisierung gehört zu den wichtig­sten Stell­he­beln für pro­duzierende Unternehmen, um ihre Fer­ti­gung pro­duk­tiv­er zu gestal­ten und somit wet­tbe­werb­s­fähig zu bleiben. Dabei lassen sich heute viele Lösun­gen ein­fach­er imple­men­tieren als noch vor eini­gen Jahren. Des Weit­eren zahlen sich Investi­tio­nen in dieses Seg­ment mit­tler­weile immer schneller aus. Das macht die Sys­teme auch für kleine und mit­tel­ständis­che Unternehmen zunehmend attrak­tiv­er. Auf­grund der hohen Bedeu­tung des The­mas richtet die METAV 2022, Inter­na­tionale Messe für Tech­nolo­gien der Met­all­bear­beitung in Düs­sel­dorf, einen Fokus auf die dynamis­che Entwick­lung. Vom 21. bis zum 24. Juni ste­hen Experten ausstel­len­der Unternehmen mit Beratung und der Präsen­ta­tion von Sys­te­men zur Verfügung.

Automa­tion ver­dop­pelt Umsatz

Hal­ter CNC Automa­tion B.V. mit Sitz in Hoeve­lak­en (Nieder­lande) und Pro­duk­tion­sstätte in Issum am Nieder­rhein entwick­elt und fer­tigt durch­dachte Robot­er-Beladesys­teme, die sich leicht an CNC-Maschi­nen unter­schiedlich­er Pro­duzen­ten anbinden lassen – ganz gle­ich ob Bestands­mas­chine oder Neuin­vesti­tion. Die mobilen Lösun­gen, auch für schwere Werk­stücke, lassen sich bei Bedarf schnell umpo­si­tion­ieren und kön­nen in weniger als fünf Minuten auf neue Serien umgerüstet wer­den. Welche immensen Poten­ziale die ver­schiede­nen Automa­tion­slö­sun­gen des Anbi­eters in der Prax­is bieten, verdeut­licht die Heinz Knöpfle GmbH, Lohn­fer­tiger für Drehen, Dreh-Fräsen und Fräsen mit Sitz in Schwab­mün­den in der Nähe von Augs­burg. Das Unternehmen investierte 2018 in ein Sys­tem von Hal­ter CNC Automa­tion für ein CNC-Dreh-/Fräszen­trum. Die Vorteile dieser ersten Robot­erzelle überzeugten der­art, dass der Betrieb in den ver­gan­genen bei­den Jahren vier weit­ere Automa­tion­slö­sun­gen von Hal­ter CNC Automa­tion erwarb, darunter eine Lösung mit ein­er Tragfähigkeit von bis zu 70 kg für die Hand­habung von schw­eren Werk­stück­en bzw. lan­gen Wellen bis 800 mm. Mit diesen fünf Beladesys­te­men kon­nte Heinz Knöpfle seine Spin­del­stun­den ver­dreifachen und sich als Lohn­fer­tiger neu posi­tion­ieren. Das Unternehmen war somit in der Lage, nicht nur mehr Aufträge von Bestand­skun­den zu erfüllen, son­dern zusät­zlich eine Rei­he von Neukun­den zu gewin­nen und damit den Umsatz zu verdoppeln.

Gantry Loader opti­miert Zykluszeiten

Die Cit­i­zen Machin­ery Europe GmbH reg­istri­erte im Kurz­drehbere­ich ein steigen­des Inter­esse nach vol­lau­toma­tisierten Drehau­to­mat­en für Ein­lege- und Nach­bear­beitung­steile. „Auch durch die her­vor­ra­gende Res­o­nanz auf eine unser­er Serien ein­schließlich inte­gri­ertem Ladesys­tem aus Japan war der Gedanke geboren, zwei unser­er Maschi­nen­typen im Durchmesser­bere­ich 42 mm und 51 mm mit einem Be- und Ent­ladesys­tem auszus­tat­ten“, berichtet der staatlich geprüfte Tech­niker und Kon­struk­teur Matthias Schütz. „Die bere­its häu­fig am Markt zu sehen­den Lösun­gen mit ein­er Robot­erzelle vor dem Drehau­to­mat­en miss­fällt allerd­ings vie­len Kundin­nen und Kun­den. Sie wer­den in der Maschi­nen­zugänglichkeit sehr eingeschränkt und durch das Öff­nen der Maschi­nen­tür geht viel Hauptzeit verloren.“

Als Lösung entwick­elte die Kon­struk­tion­s­abteilung des Werkzeug­maschi­nen­spezial­is­ten aus Esslin­gen in Zusam­me­nar­beit mit einem achsen­her­stel­len­den Unternehmen ein 2‑Achs-Por­tal zum Be- und Ent­laden der Maschi­nen. Werk­stücke lassen sich damit lagegerecht außer­halb der Mas­chine aufnehmen und wahlweise der Spin­del 1 oder 2 zuführen. Eine Andrück­fed­er im Greifer sorgt dafür, dass das Werk­stück prozess­sich­er am Spin­de­lan­schlag anliegt. Im gle­ichen Zyk­lus kann ein fer­tig bear­beit­etes Werk­stück aus der gegenüber­liegen­den Spin­del ent­nom­men wer­den. Somit ist der Haupt­prozess nur ein­mal kurz zum Be- und Ent­laden unter­brochen und die große Bedi­enertür kann auf­grund des oben liegen­den Shut­ter-Zugangs geschlossen bleiben – das sorgt für noch bessere Zyk­luszeit­en. Die Staus­trecke für Rohteile sowie die Abfuhrstrecke für Fer­tigteile sind in aller Regel teile­spez­i­fisch aus­ge­führt. Darüber hin­aus ist eine stan­dar­d­isierte Aus­führung für ste­hende Werk­stücke bis L = 120 mm x D = 42 mm ver­füg­bar. Die Greifer­back­en wer­den im Rapid-Pro­to­typ­ing-Ver­fahren hergestellt und sind somit auch kurzfristig für jegliche Werk­stück­ge­ome­trie verfügbar.

Best­mögliche Ver­net­zung für sichere Prozesse

Wer heute anspruchsvolle Fer­ti­gungsauf­gaben zuver­läs­sig und effek­tiv real­isieren möchte, sollte also auf eine zen­trale CAD/­CAM-Soft­ware für alle Prozesss­chritte set­zen. „Mit unser­er Lösung erhal­ten Unternehmen die Möglichkeit, alle Auf­gaben durchgängig in einem Sys­tem umzuset­zen. Das begin­nt beim Ein­le­sen der CAD-Dat­en und endet bei der Bear­beitung durch die Mas­chine“, erläutert Peter Brambs, Direc­tor Prod­uct Man­age­ment & Inno­va­tion der Open Mind Tech­nolo­gies AG in Weßling. „Die Ver­net­zung und Syn­chro­ni­sa­tion im Rah­men von Industrie‑4.0‑Strategien sind mit unser­er Soft­ware per bidi­rek­tionalem Date­naus­tausch mit der Steuerung umset­zbar. Das Prinzip: Der Anwen­der sendet Dat­en an die Mas­chine und die entsprechen­den Prozesse wer­den aus­ge­führt. Umgekehrt wer­den Dat­en von der Mas­chine emp­fan­gen. Diese tiefge­hende Ver­net­zung ges­tat­tet schließlich eine Echtzeit­syn­chro­ni­sa­tion zwis­chen CAM- und Maschinenwelt.“

Nullpunk­te, Werkzeug­dat­en sowie Maschi­nen­pa­ra­me­ter lassen sich aus der Steuerung ausle­sen und mit den pro­gram­mierten CAM-Dat­en abgle­ichen. Stim­men diese Dat­en übere­in und wurde die Kol­li­sion­skon­trolle erfol­gre­ich aus­ge­führt, startet die Mas­chine. Über einen inte­gri­erten Remote-Zugriff lassen sich aus dem CAM-Sys­tem her­aus auf der Steuerung NC-Pro­gramme laden, starten und stop­pen. Zudem wird der Pro­gramm­lauf mit der Sim­u­la­tion syn­chro­nisiert. Dem Per­son­al ste­hen so die realen Bear­beitungssi­t­u­a­tio­nen in der Sim­u­la­tion in Echtzeit zur Ver­fü­gung. Das Resul­tat: CAM- und Maschi­nen­welt sind best­möglich miteinan­der vernetzt.

Flex­i­ble Roboterunterstützung

Zunehmend mehr Unternehmen haben mit Fachkräfte­man­gel zu kämpfen und sind auf der Suche nach Lösun­gen, um ein­fache und monot­o­ne Arbeit­en zu automa­tisieren. Die Beschick­ung von Werkzeug­maschi­nen und das Mate­ri­al­han­dling sind heutzu­tage immer noch Auf­gaben, die meist durch Bedi­en­per­son­al über­nom­men wer­den, da sie ein hohes Maß an Flex­i­bil­ität erfordern. In aller Regel sind die Aufträge durch geringe Stück­zahlen und eine hohe Vari­anten­vielfalt gekennze­ich­net, sodass sich fest instal­lierte Lösun­gen zur Be- und/oder Ent­ladung häu­fig nicht ren­tieren. „Die größte Her­aus­forderung bei der flex­i­blen Beladung beste­ht darin, dass die Aus­gangssi­t­u­a­tion an jed­er Werkzeug­mas­chine anders ist. Der Zeitaufwand für die Inbe­trieb­nahme gestal­tet sich damit so groß, dass sich der Ein­satz oft nur bei hohen Stück­zahlen lohnt“, so Prof. Chris­t­ian Brech­er, Mit­glied des Direk­to­ri­ums des Werkzeug­maschi­nen­labors WZL der RWTH Aachen sowie des Fraun­hofer-Insti­tuts für Pro­duk­tion­stech­nolo­gie und Vizepräsi­dent der WGP (Wis­senschaftlichen Gesellschaft für Pro­duk­tion­stech­nik). „Dies resul­tiert zum einen daraus, dass jede Mas­chine unter­schiedlich aus­ges­tat­tet ist und – ins­beson­dere ältere Maschi­nen – oft nicht unmit­tel­bar für die Automa­tisierung aus­gelegt sind. Zum anderen gibt es keine her­stellerüber­greifend­en Kom­mu­nika­tion­s­stan­dards, z. B. auf Basis von OPC UA, die zu ein­er flex­i­blen Verknüp­fung von Werkzeug­mas­chine und Automa­tion befähigen.“

Im Rah­men des Forschung­spro­jek­ts „FlexARob“ wurde ein Sys­tem aufge­baut, welch­es durch intel­li­gente Ein­bindung von Infor­ma­tio­nen aus dem Engi­neer­ing die Inbe­trieb­nahme- und Pro­gram­mier­prozesse deut­lich vere­in­facht. Infolgedessen kann das Bedi­en­per­son­al den Prozess selb­st­ständig und ohne Experten bewälti­gen. Die Pro­jek­t­beteiligten entwick­el­ten darüber hin­aus eine Meth­ode, den Ablauf abzu­sich­ern und zu opti­mieren. Hierzu wird ein Umge­bungsmod­ells mith­il­fe des Robot­ers und ein­er Kam­era dynamisch erstellt und zur kol­li­sions­freien Aus­führung des Prozess­es verwendet.

Fließ­text rund 7.900 Zeichen, inklu­sive Leerzeichen

Autor: Dag Hei­deck­er, dax­TR – Tech­nik + Redak­tion, Wer­mel­skirchen (www.daxTR.de)

((INFOKASTEN))

Soft­ware als Wegbereiter

Eine Automa­tion an Werkzeug­maschi­nen ist ohne eine mod­erne CAD/­CAM-Lösung nicht möglich. Um eine hohe Effizienz zu erre­ichen, müssen NC-Pro­gramme prozess­sich­er an die Mas­chine gesendet wer­den. Zudem sind in aller Regel Opti­mierun­gen erforder­lich. Erst dann lassen sich Dynamik und Poten­zial mod­ern­er Fer­ti­gungs­maschi­nen voll aus­nutzen und Neben­zeit­en minimieren.