Greene Tweed ist ein amerikanisches Unternehmen, das ein vielfältiges Portfolio an Thermoplast- und Verbundwerkstoffkomponenten in relativ kleinen Chargen produziert. Aufgrund der Variantenvielzahl ist es wichtig, dass eingesetzte Automatisierungslösungen flexibel anpassbar und unterschiedliche Oberflächenbearbeitungsaufgaben durchführbar sind. Um die Herstellungsprozesse ihrer thermoplastischen Verbundwerkstoffe zu verbessern, hatte das Team die Idee, eine neue Roboterzelle zu entwickeln und zu integrieren, mit der sich das Entgraten für Bauteile aus dem Verbundwerkstoff Xycomp flexibel und effizient automatisieren lässt.
Robotergestütztes Entgraten
Xycomp ist ein haltbarer und leichter thermoplastischer Verbundwerkstoff. Er kann in eine Vielzahl komplexer Formen geformt werden, was ihn vor allem in der Luft- und Raumfahrt zu einem sehr beliebten Ersatzstoff für Metall macht. Die Langlebigkeit und Formbarkeit führt jedoch auch zu geometrisch komplexen Kanten mit scharfen Graten, die sich nur schwer gleichmäßig entfernen lassen. Bei kleinen Xycomp-Formteilen entfernt Greene Tweed die Grate daher zweistufig, das heißt sowohl in einem maschinellen als auch einem manuellen Schritt. Zunächst greift ein UR-Cobot das Teil und entfernt die Grate durch das Anfahren an eine fest stationierte Drahtbürste. Anschließend wird das Werkstück in einem manuellen Entgratprozess fertiggestellt. Diese Vorgehensweise funktioniert bei kleinen Formteilen zwar gut, war aber nicht auf die größeren Komponenten der Produktpalette skalierbar. Aus diesem Grund wurden größere Teile weiterhin manuell entgratet. Das manuelle Entgraten führt jedoch zu einem uneinheitlichen, inkonsistenten Ergebnis und ist ein sehr zeitintensiver Prozess. Je nach Bauteil und der Menge an Graten, die bei der Verformung entstanden sind, dauert das Entgraten durchaus 15 bis 25 Minuten.
Software für die Umsetzung und Integration
Auf einer Messe lernte Greene Tweed das Softwareunternehmen ArtiMinds Robotics kennen. Schnell entschied man sich, für die Anpassung des robotergestützten Entgratprozesses mit ArtiMinds zusammenzuarbeiten. In den ersten Testläufen mit kleinen Komponenten hatte Greene Tweed versucht, die Teile mit Hilfe von individuell angepassten Werkzeugen und einfacher Roboterprogrammierung, das heißt durch Einteachen einzelner Wegpunkte, zu entgraten. Aufgrund der geometrischen Komplexität der Produkte wurde jedoch sehr schnell klar, dass langfristig eine spezialisierte, auf die Anforderungen zugeschnittene Lösung benötigt wird. Greene Tweed nutzte daher die Roboterprogrammiersoftware ArtiMinds RPS für die Umsetzung und Integration ihrer Entgratanwendung.
Roboterprogramme einfach und schnell erstellen
Die intuitive Software ermöglicht es dem Anwender, neue Roboterprogramme einfach zu erstellen und zu implementieren. Programme lassen sich offline vorbereiten, die Kommunikation zwischen Peripheriegräten ohne großen Aufwand einrichten, logische Bedingungen integrieren und Programme durch Simulationen validieren, bevor sie auf das reale Robotersystem übertragen werden. Mit Blick auf komplexe Geometrien hat die RPS einen großen Vorteil: Anhand von CAD-Modellen der Bauteile lassen sich Roboterbahnen exakter und automatisiert, das heißt schneller, generieren. Greene Tweed konnte die neue Anwendung in kurzer Zeit entwickeln und erhielt ein Software-Framework, in das das Unternehmen mit Blick auf ihre Prozesse und ihr Knowhow hineinwachsen konnte.
Im nächsten Schritt wurde auch für das Abtragen des Materials nach einem neuen Werkzeug, das besser zur Anwendung passt, gesucht. Greene Tweed entschied sich schließlich für zwei Tools von ATI Industrial Automation, die den manuellen Entgratprozess überflüssig machen und fertige Teile produzieren sollten. Die beiden Werkzeuge CRT und RC151 verfügen über eine integrierte radiale Ausgleichsfunktion, um die entsprechenden Kontaktkräfte trotz Variation der Teile beizubehalten. Das CRT erzeugt eine Feilbewegung, die für enge Innenecken und tiefe Nuten geeignet ist, während das RC151 eine Drehspindel ist, die Grate entfernt und ein hochwertiges Finish erzeugt. Um einen nahtlosen, automatischen Werkzeugwechsel zu ermöglichen, integrierte Greene Tweed auch den ATI Robotic Tool Changer in die Zelle. Für die schnelle Konfiguration der Prozessparameter für den Roboter und die Endeffektoren sorgten die in ArtiMinds RPS verfügbaren Wizards und kurzen Schritt-für-Schritt-Anleitungen.
Anpassbare Roboterzelle
Mit der neuen Roboterentgratzelle konnte die Gesamtbearbeitungszeit der Teile mehr als halbiert und selbst kleinste Nachbearbeitungen per Hand überflüssig gemacht werden. Der größte Vorteil der Roboterzelle ist, dass sie sich leicht für weitere neue Prozesse anpassen lässt. Denn auf der einen Seite vereinfacht ArtiMinds RPS das Ändern von Bahnen und Programmparametern und reduziert den Programmieraufwand. Auf der anderen Seite arbeiten die Werkzeuge von ATI mit einer pneumatischen, anpassbaren Nachgiebigkeit, die sich individuell für unterschiedliche Anwendungen einstellen lässt. Beide Werkzeuge sind mit zahlreichen handelsüblichen Schneidköpfen kompatibel, um möglichst vielen Oberflächenbedingungen gerecht zu werden. Auf diese Weise kann Greene Tweed die Zelle ohne großen Aufwand neu programmieren und die Geräte für unterschiedliche Oberflächen oder die Bearbeitung verschiedener Teile umfunktionieren.
