Der einfache Weg zum robotergestützten Beladen 

Bis vor rund 25 Jahren waren Beladeroboter in der Zerspanung den Industrien mit großen Losgrößen, also  vor allem der Automobilbranche, vorbehalten – doch heute kann robotergestütztes Beladen ganz einfach sein. Für Auftragsfertiger mit deutlich geringeren Stückzahlen bildeten Rund- und Stauförderer den Einstieg in die Automation. Heutige Systeme verwenden Roboter zum Einsetzen von Paletten oder Schraubstöcken mit Nullpunktspannsystem in CNC-Maschinen. Der 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.

Eine flexiblere Lösung für das Bestücken von Werkzeugmaschinen bieten Roboter, die Rohteile direkt in den Maschinenschraubstock einlegen. Die Vorteile sind hier eine gesteigerte Spindellaufzeit, der reduzierte 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 sie mit 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 Bearbeitungszentren für pneumatische oder hydraulische Werkstückspannung. Ist die Maschine mit einem Drehtisch oder einer Wippe ausgestattet, erfordern diese Drehdurchführungen für Druckluft oder 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 EUR, dazu kommen automatische Spanner, die bis zu 4.000 EUR 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 Drehmomentschrauber 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.

Das Stuttgarter Unternehmen Sherpa Robotics hat den Drehmomentschrauber 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. Diese Kombination ermöglicht die robotergestützte Beladung einer Werkzeugmaschine – und zwar ohne kostenintensiven Umbau – und erlaubt Fertigern, ihr vertrautes Spannsystem weiterhin zu nutzen.

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 ermöglicht. 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 Solid Stamp der HWR Spanntechnik prozesssicher in die Werkstückhandhabung integriert. Hauptzeitparallel legt der Roboter Rohlinge in eine Prägestation ein, bevor sie in den Schraubstock der Werkzeugmaschine gespannt werden.

Die CNC-Automationslösung Sherpaloader unterscheidet sich also nicht nur durch die Integration von Clampbooster und der Solid-Stamp-Prägestation von konventionellen Beschickungsanlagen, sie überzeugt noch durch ein weiteres Feature: das 3D-Kamerasystem. Sherpa Robotics nutzt 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. 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 in drei Größen und für Werkstücke bis 70 kg gebaut. Zudem ist eine Vielzahl an flexiblen Erweiterungen erhältlich, von stapeln und reinigen bis messen und beschriften.

rk