Robotergestützte Beschickung von Drehmaschinen

Vollautomatisch zu hohem Output

Übervolle Auftragsbücher erfordern intelligente Lösungen. Die robotergestützte Automation einer Werkzeugmaschine kann dabei helfen, drängende Kapazitätserhöhungen zu realisieren. So lassen sich prozesssicher Nebenzeiten reduzieren, Autonomie schaffen und Platzbedarf klein halten.

Der Sechsachser von Yaskawa holt den Werkstückträger vom ersten von insgesamt fünf Palettenstapeln. (Bild: © Ralf Högel, Dunkermotoren GmbH)

Das Unternehmen Dunkermotoren entwickelt und produziert seit über 50 Jahren Antriebe, darunter bürstenlose DC-Servomotoren sowie bürstenbehaftete DC-Motoren. Zum Portfolio zählen auch Planeten- und Schneckengetriebe sowie Bremsen und Gebersysteme. Das Problem: Die Nachfrage nach den Motoren, die in Anwendungen von der Montagetechnik bis zum Jalousieantrieb zum Einsatz kommen, steigt permanent. Hier sind deshalb hochautomatisierte Fertigungsverfahren angesagt. Dabei spielen zwei Faktoren eine entscheidende Rolle: Platzbedarf und Output. Von Ersterem hat man wenig, von Letzterem braucht man viel. Wie solche High-Output-Lösungen in der Praxis aussehen können, zeigt eine von EGS realisierte Automatisierungslösung. Die Aufgabenstellung dabei war die robotergestützte Beschickung einer Index-BC-Drehmaschine mit Lagerschilden. „Wir haben diesen Produktionsdrehautomaten ausgewählt, weil er schnell, flexibel und wirtschaftlich Drehteile, in unserem Fall Lagerschilde für unsere GR-Motorenbaureihe, produziert. Das Wichtigste für uns war aber eine prozesssichere Automation dieser Maschine, mit der wir drei vorrangige Ziel erreichen wollten: Nebenzeiten reduzieren, Autonomie schaffen und Platzbedarf klein halten“, erklärt Tobias Bäumle, der bei Dunkermotoren für dieses Projekt verantwortlich ist.

Automatischer Greiferwechsel: Hier wechselt der Sechsachser vollautomatisch zwischen den beiden Greifsystemen. (Bild: © Ralf Högel, Dunkermotoren GmbH)

Keine Lösung von der Stange

Mit den Palettenwechselsystemen der Sumo-Baureihe konnte EGS auf passende Zuführsysteme zurückgreifen, mit denen sich auch Sonderlösungen schnell realisieren lassen. Warum bei Dunkermotoren die Standardpalettenwechsler nicht in Frage kamen und stattdessen eine individuelle Lösung gefunden werden musste, bringt der Projektverantwortliche Hartmut Pfalzgraf auf den Punkt: „Dunkermotoren verwendet eigene, spezifische Werkstückträger, auf denen die Lagerschilde die Produktion durchlaufen. Um hohe Effizienz in der Fertigung sicherzustellen, kamen zusätzliche Handhabungsvorgänge für das Umsetzen dieser Teile nicht in Frage. Was blieb, war die Integration der vorhandenen Werkstückträger in den Automatisierungsprozess.“ Was bei einem Blick auf die Anlage auffällt, ist die platzsparende Lösung, bei der die Roboterzelle auf engem Raum an die Maschine andockt. Aufgrund des Einsatzes des kompakten Yaskawa-Roboters MH 12 ließ sich die Zelle unter den Platzverhältnissen realisieren. Der Sechsachser spielt in dieser Anwendung zudem seine Stärken im Hinblick auf Beweglichkeit, Reichweite und Dynamik aus. Innerhalb der Roboterzelle finden sich sechs definierte Positionen für Werkstückträger-Palettenstapel, die sich um den Sechsachser gruppieren. Fünf dieser Plätze sind für volle Paletten, einer dient ausschließlich dem Abstapeln leerer Paletten. Den Anfang des Produktionsprozesses bildet die manuelle Bestückung der Zelle. Dazu schiebt der Bediener fünf Bodenroller mit voll bestückten Werkstückpaletten sowie einen Bodenroller für die Aufnahme der geleerten Paletten in die Anlage und startet den Prozess.

Automatischer Greiferwechsel im Minutentakt

Der Job für den Roboter besteht nun im Abholen eines vollen Werkstückträgers und dessen Umsetzung auf eine definierte Ablageposition, von der aus der Sechsachser die Teilevereinzelung und Zuführung zur Drehmaschine übernimmt. Sind alle Teile einer Palette vereinzelt, legt der Roboter die geleerte Palette auf dem dafür vorgesehenen Platz ab und der Prozess setzt sich mit der nächsten Palette fort. Für die komplexe Aufgabe benötigt der Sechsachser zwei unterschiedliche Greifsysteme: eines für die Handhabung des kompletten Werkstückträgers und ein zweites für die Vereinzelung der Lagerschilde. Da der Greiferwechsel vor und nach der Abarbeitung jedes einzelnen Werkstückträgers und damit im Minutentakt auf dem Programm steht, kommt ein automatisches Greiferwechselsystem zum Einsatz. Die Handhabungsprozesse fordern den Sechsachser sowohl in puncto Traglast als auch im Hinblick auf Dynamik und Beweglichkeit bis an die Belastungsgrenze. Seine Tragkraft von 12kg ist für die Handhabung eines vollen Werkstückträgers, der je nach Lagerschildvariante mit bis zu 50 Teilen bestückt ist, gerade noch ausreichend. Noch anspruchsvoller ist die Aufgabenstellung im Hinblick auf sein Bewegungsprofil. Der unterste Werkstückträger eines Palettenstapels befindet sich nahezu auf Bodenebene, die Übergabeposition der einzelnen Werkstücke hingegen rund einen halben Meter oberhalb der Index-Maschine. Hier spielt die vertikale Reichweite des Roboters die entscheidende Rolle. „Um die jeweiligen Endpositionen bei diesem Einsatz noch anfahren zu können, mussten wir den Sechsachser an exakt berechneter Position auf einem Sockel platzieren. Nur so können wir mit dem gelenkigen und kompakten Roboter dieses Aufgabenspektrum bewältigen.“, betont Pfalzgraf.

Mit dem Dreifachgreifer Taktzeiten reduzieren

Das Werkstückgreifsystem besteht aus drei im Abstand von 120° angeordneten Einzelgreifern. Bäumle erläutert hierzu: „Mit dem Dreifachgreifer können wir drei Teile hintereinander direkt von der Palette aufnehmen und in einer Fahrt zur Übergabeposition an die Drehmaschine bringen. Das trägt zur Einhaltung der Taktzeitvorgaben bei. Zudem ergibt sich für den Roboter durch die Mehrfachaufnahme der Rohteile ein zeitlicher Puffer beim Palettenwechsel.“ Das Zuführsystem befördert die Teile von der Übergabeposition des Roboters in die Index-Maschine. Die Teile gelangen dabei über eine hochflexible Förderbürstenzuführung mit weitem Verstellbereich, die vom Roboter mit Teilen bestückt wird, prozesssicher in den Fallschacht der Drehmaschine. Die Lagerschilde werden nach ihrer Bearbeitung auf einen Rundtisch mit bereitgestellten Warenkörben ausgeschleust. Bäumle dazu: „Wir konnten durch Reduzierung der Takt- und Nebenzeiten den Output um rund 25 Prozent steigern. Der Grund dafür liegt u.a. in der Autonomie, die im Vergleich zum vorangegangenen Prozess um 500 Prozent höher liegt. Nach Bestückung der Zelle mit fünf Palettenwagen befinden sich bei der größten Lagerschildvariante mit 63mm Durchmesser 2.400 Teile in der Anlage. Das heißt, wir arbeiten eine komplette Schicht autonom.“