Noch höhere flexibilitÄt mit beladeroboter

Kompakte Robotersysteme eignen sich hervorragend zum platzsparenden Be- und Entladen von CNC-Dreh- und Fräsmaschinen. Die Armbruster GmbH aus dem Schwarzwald zeigt, wie sich hier in enger Zusammenarbeit mit Halter CNC Automation neue Potenziale heben lassen.

Das Familienunternehmen Armbruster mit Sitz in Steinach, rund 20 Kilometer südöstlich von Offenburg, hat sich mit rund 130 Mitarbeitern auf die Fertigung komplexer und hochwertiger Produkte sowie Baugruppen für die Medizintechnik und Industrie spezialisiert. Das Leistungsspektrum reicht vom Drehen, Fräsen, Dreh-Fräsen über Erodieren bis hin zur Oberflächenbearbeitung und Montage. Mit dem modernen Maschinenpark werden auf rund 2.500 Quadratmetern zumeist anspruchsvolle Werkstoffe wie Edelstähle, Titan, Hochleistungskunststoffe und Sondermaterialen von Losgröße 1 bis 1000 bearbeitet.

Hoher Automationsgrad mit Ausnahmen
Das Unternehmen setzt seit langem auf einen hohen Automationsgrad. „Der Fräsbereich ist komplett automatisiert, die Anlagen zum Erodieren teilweise. Darüber hinaus haben wir im Bereich Dreh-Fräsen die Stangenbearbeitung automatisiert. Eine Ausnahme waren bislang die Maschinen mit Werkstückspannfutter, die wir manuell be- und entladen mussten“, sagt Florian Schätzle, Teamleiter Zerspanungsbetreuung bei Armbruster.

Das Unternehmen entschloss sich daher zur Investition in einen Beladeroboter von Halter CNC Automation, genauer einem Halter Universal Premium 35, der im Sommer 2021 an eine Bestandsmaschine angebunden wurde.

„Auf dem Dreh-Fräszentrum vom Typ Mazak Integrex i200 werden hauptsächlich verschiedene Flanschteile und längere Stangen aus Edelstahl bearbeitet. Die Rohteilmaße haben hierbei Durchmesser von 70 bis 220mm und Höhen von 30 bis 70mm bzw. Längen von bis zu 450mm beim Stangenmaterial“, erklärt Sebastian Ringwald, Teamleiter Drehen.

Kompakte Lösung für breites Teilespektrum
Der Halter Universal Premium 35 ist ideal für ein derartiges Teilespektrum, denn die kompakte, vielseitig einsetzbare Roboterzelle für CNC-Dreh-/Fräsmaschinen ist für das automatisierte Be- und Entladen von rotationssymetrischen und rechteckigen Werkstücken sowie auch langen Wellen ausgelegt. Hierzu stehen verschiedenste Werkstückaufnahmen, darunter sogenannte Rasterplatten als Teilepuffer mit unterschiedlicher Kapazität zur Verfügung. Während der mit einem Doppelgreifer ausgestattete Roboter auf der Vorderseite eine Maschine belädt bzw. Fertigteile entnimmt, lässt sich das System auf seiner Rückseite mit neuen Rohteilen bestücken, ohne die laufende Produktion zu unterbrechen.

Lange automatisierte Produktionsstunden
„Von den Sägezuschnitten mit einem Durchmesser bis 80mm bekommen wir bis zu 34 Stück auf jede Seite einer Rasterplatte, also insgesamt 68 Werkstücke. Bei den Rohlingen mit größeren Durchmessern von 250mm reicht die Kapazität des Teilepuffers für insgesamt 6 Werkstücke“, so Sebastian Ringwald. Die Bearbeitungszeiten pro Werkstück bewegen sich bei solchen Teilen zwischen zirka 60 und 150 Minuten, sodass teilweise längere automatisierte Produktionszeiten schon während der regulären Schichten (produziert wird im Dreischichtbetrieb) möglich sind, ohne dass ein Mitarbeiter permanent an der Maschine sein muss. Mit derartigen Ergebnissen hätte das Unternehmen im Grunde schon zufrieden sein können. War es aber nicht.

Mehr Potenzial für höhere Beladezeiten
Hierzu Florian Schätzle: „Wir wollten von Beginn an eine hohe Fertigungsflexibilität mit der Roboterzelle erreichen und haben vor allem hinsichtlich der Kapazität der Werkstückpuffer hier weitere Potenziale bei den Beladezeiten erkannt, die über die eigentliche Funktionalität des Systems hinausgehen.“
Der ursprünglich Plan: Die Schaffung eines zusätzlichen Teilepuffers durch einen fest positionierten Tisch direkt neben der Roboterzelle, auf dem die Fertigteile abgelegt werden sollten. „Dann hatten wir aber die Idee, auf diesem Wege auch die Maschine mit Werkstücken zu bestücken“, so Florian Schätzle.

Die hierfür erforderlichen Rasterplatten fertigte Armbruster selbst an. Die Anpassung der Roboterprogrammierung für die spezielle Teilhandhabung übernahm Halter CNC Automation. „Das wurde in kurzer Zeit realisiert und war kein Problem, wobei man stets ein offenes Ohr für unsere Vorschläge hatte und sie so umsetzte, dass sie auch praktikabel waren“, meint Sebastian Ringwald.

Unbemannte Produktion über das gesamte Wochenende
Die Beladung der Mazak Integrex i200 erfolgt primär über den Teilepuffer auf dem Tisch, wobei dort auch die Fertigteile abgelegt werden. Ist dieser Puffer abgearbeitet, wendet sich der Roboter bei entsprechend vorhandener Stückzahl pro Fertigungsauftrag seiner internen Rasterplatte zu und beginnt mit dem Be- und Entladen. „Mit dieser Strategie können wir flexibel die im Automationsprozess befindliche Teileanzahl zur Bearbeitung steigern und somit die Beladezeiten deutlich ausdehnen. Eines der zentralen Ziele ist hierbei, dem Roboter auch zum Wochenende hin so viel Material zur Verfügung zu stellen, dass die Maschine von samstags mittags bis zum Schichtbeginn am Montag durcharbeiten kann“, sagt Sebastian Ringwald.

Mehr Flexibilität auch bei kurzen Bearbeitungszeiten
So lässt sich durch die neue Lösung bspw. die Anzahl der Werkstücke für die größeren Flanschteile mit einem Durchmesser über 200mm von zuvor 6 Teilen im Puffer der Roboterzelle auf weitere 16 Teile, also insgesamt 22 Werkstücke erhöhen. Selbst bei den langen Wellen, aus denen mitunter mehrere Einzelteile gefertigt werden, mache sich das nach Aussagen von Florian Schätzle bemerkbar: „Auch wenn die Wellen derzeit nur einen kleinen Teil der Produktion mit der Mazak ausmachen, sind wir trotz der hier vergleichsweise kurzen Bearbeitungszeiten mit dem Tisch ebenfalls sehr flexibel und erzielen bei Bedarf längere unbemannte Fertigungszeiten.“

Deutlicher Zugewinn an Produktivität
Die bisherigen Erfahrungen mit der Automationslösung sind durchweg positiv, wie Florian Schätzle bestätigt: „Die Mitarbeiter haben erkannt, dass der Roboter vor allem eine Entlastung ist, weil sie jetzt ihre Arbeitszeiten besser einteilen können, z. B. zur Qualitätsprüfung der Fertigteile, ohne auf die Minute genau an der Mazak sein müssen, um Maschinenstillstände zu vermeiden. Wir planen überdies die Produktion generell so, dass die Maschinen über das Wochenende laufen. Bei den Maschinen mit Werkstückspannfutter war das bisher immer ein Problem, das wir mit den Halter Universal Premium jetzt gelöst haben.“

Lohnende Investition in gezielte Neuplanung
Bis es allerdings so weit war, musste noch an Zeit investiert werden, wie Sebastian Ringwald betont: „Wir haben umdenken müssen, um das gesamte Teilespektrum wirklich prozesssicher fertigen zu können, z. B. im Hinblick auf die für eine lange unbemannte Fertigung zwingend notwendigen hohen Standzeiten von Werkzeugen oder Schneidplatten.

 Auch Späne sind in diesem Zusammenhang natürlich immer ein Thema, wobei das Futter und die Werkstücke nach jeder Bearbeitung in der Maschine automatisiert mit einem Hochdruckspülwerkzeug gereinigt werden. Aber das sind nur einige wenige Beispiele, woran man bei einer zuverlässigen, sicheren Automatisierung unbedingt denken sollte.“

Die Anstrengungen haben sich offenkundig ausgezahlt: „Wir waren am Ende doch überrascht, wie gut alles funktioniert. Mit den jetzigen Ergebnissen sind wir daher sehr zufrieden“, so Florian Schätzle.