Robotik

Kleine Losgrößen automatisiert fertigen

Die Erfolge der automatisierten Maschinenbeladung sind beachtlich: Selbst bei der Fertigung von Kleinstserien und Einzelstücken ist es zwischenzeitlich möglich, rüstzeitbedingte Stillstandzeiten spürbar zu reduzieren und die Maschinen mit minimalem Personalaufwand rund um die Uhr auszulasten. Dabei gilt die überlegte Auswahl der Spannmittel und Greifsysteme als entscheidender Faktor.

Bei kleinen und mittleren Losgrößen erhöhen Palettiersysteme die Produktivität und Wirtschaftlichkeit von Werkzeugmaschinen (Bild: Schunk)

Moderne Konzepte zur automatisierten Werkzeugmaschinenbeladung berücksichtigen drei zentrale Faktoren: kürzeste Zykluszeiten, eine maximale Anlagenverfügbarkeit sowie die Möglichkeit, sehr flexibel auf Produktmodifikationen und Nachfrageänderungen reagieren zu können. Best-Practise-Beispiele belegen: Wer eine hohe Varianz beherrschen und kleine Losgrößen mit maximaler Effizienz fertigen will, sollte zuallererst die Komplexität seiner Prozesse reduzieren. Dazu zählen strenge Werkzeugkonventionen ebenso wie klare Übereinkünfte bei Werkzeug- und Werkstückspannmitteln. Ebenso wichtig ist es, Rüstzeiten zu minimieren, sie vor die jeweilige Maschine zu verlagern und die Fertigung mithilfe von Teilespeichern zu verstetigen. Besonders große Effekte erzielen Unternehmen, die das Gesamtsystem aus Maschine, Spannmittel, Werkzeugen, Greiftechnik und anderen Beladekomponenten im Blick haben. Denn ob eine Maschinenbeladung bei kleinen Losgrößen besser mithilfe von Paletten, über einen direkten Spannmittelwechsel oder als Teilehandling per Roboter, Portal oder über ein flexibles Fertigungssystem erfolgt, hängt stets von den individuellen Gegebenheiten ab. Das mit über 11.000 Standardkomponenten weltweit größte Spanntechnik- und Greifsysteme-Sortiment von SCHUNK bietet ideale Voraussetzungen für maßgeschneiderte Lösungen.

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Individualität aus dem Baukasten
Einen besonders flexiblen und zugleich prozessstabilen Spannmittelwechsel ermöglichen standardisierte Palettiersysteme. Dabei werden die Werkstücke und Spannvorrichtungen auf Spannpaletten gerüstet, magaziniert und aus dem Palettenmagazin sukzessive auf das Bearbeitungszentrum eingewechselt. An der Unterseite verfügen die Paletten über eine einheitliche Schnittstelle zum Nullpunktspannsystem. Vergleichbar mit einem Adapter verbinden sie die Maschine mit unterschiedlichsten Werkstücken. Moderne Palettensysteme verfügen zusätzlich über eine seitliche Schnittstelle, so dass die Paletten prozessstabil mit einem Roboter oder Portal verbunden werden können. Eine besonders effiziente Lösung ist das SCHUNK Palettiermodul VERO-S NSA plus, das extrem flach baut und im Maschinenraum jede Menge Platz fürs Werkstück und für die Achsbewegungen lässt. Es erreicht dank einem patentierten Eil- und Spannhub Einzugskräfte bis 15.000 N und Haltekräfte über 100.000 N. Sämtliche Funktionsteile, wie Grundkörper, Spannschieber und Spannringe sind in gehärtetem Edelstahl ausgeführt und damit absolut korrosionsbeständig. Ein zwangsgeleiteter Luftstrom reinigt beim automatisierten Wechsel die Planflächen und den Kurzkegel und stellt so eine spanfreie Plananlage der Palette sicher. Zentrierringe übernehmen anschließend die referenzgenaue Positionierung. Spannschieber sorgen für eine formschlüssige, selbsthemmende Fixierung. Über eine Staudruckabfrage lassen sich alle Prozessschritte zuverlässig überwachen. Beim Werkstückwechsel hebt ein Aushubbolzen die Palette leicht an und vereinfacht den Wechselvorgang. Im Gegensatz zu anderen Spannsystemen verbraucht SCHUNK VERO-S NSA plus während der Bearbeitung keine Energie. Die Paletten bleiben selbst dann sicher gespannt, wenn der Druck im Luftsystem plötzlich abfallen sollte. Das innenliegende Federpaket sorgt für eine dauerhafte und sichere Spannung. Zum Öffnen der Module genügt ein Pneumatiksystemdruck von 6 bar.

Roboterkupplungen für Lasten bis 1.000 kg
Um die Schnittstelle zum Roboter oder Portal zu vereinheitlichen und einen prozessstabilen Ablauf zu gewährleisten, hat SCHUNK die schlanke, störkonturminimierte Leichtbaukupplung SCHUNK NSR entwickelt. Sie lässt sich auch in beengten Verhältnissen einsetzen und ermöglicht eine Palettenbeladung extrem nah am Maschinentisch. Mit ihr sind besonders niedrige Aufbauten aus Spannstation und -palette realisierbar. Indem Teile außerhalb des Kraftflusses in Aluminium ausgeführt sind, Teile im Kraftfluss hingegen aus gehärtetem Edelstahl bestehen, erzielt die Kupplung ein optimales Verhältnis aus Steifigkeit, Robustheit und Gewicht. Die Verriegelung erfolgt formschlüssig und ist selbsthemmend. Öffnen, Schließen und Palettenanwesenheit werden über induktive Näherungsschalter abgefragt, so dass sich der gesamte Wechselprozess überwachen lässt. Um die Prozessstabilität zu erhöhen, ist die Roboterkupplung komplett gegen Späne und Kühlschmiermittel abgedichtet und serienmäßig mit einer Reinigungsfunktion ausgestattet. Stahlinlays an den Kontaktstellen machen die Roboterkupplungen zudem extrem verschleißfest. Dank konsequentem Leichtbau wiegen die Module nur 400 g (NSR mini 100) beziehungsweise 1.600 g (NSR 160). Sie eignen sich zur zuverlässigen Handhabung von Paletten bis 75 kg (bei 200 x 200 mm) beziehungsweise bis 300 kg (bei 400 x 400 mm). Speziell für das Schwerlasthandling bis 1.000 kg wurde darüber hinaus die SCHUNK Roboterkupplung NSR maxi 220 entwickelt. Das Modul überträgt Drehmomente bis 4.000 Nm. Die Ver- und Entriegelung wird über ein Wegmesssystem, die Palettenanwesenheit über induktive Näherungsschalter abgefragt.

Spannmittelwechsel ohne Palette
Alternativ zum automatisierten Palettenwechsel können auch komplette Spannmittel für die automatisierte Maschinenbeladung genutzt werden. Als Schnittstelle zur Maschine dient auch hier das Nullpunktspannsystem SCHUNK VERO-S. So lassen sich SCHUNK TANDEM plus Kraftspannblöcke in Sekundenschnelle in die Maschine einwechseln und per Roboter und SCHUNK Greifer unmittelbar mit Werkstücken beladen. Schnellwechselbacken erhöhen zusätzlich die Flexibilität. Zum Teil gehen Anwender sogar noch weiter: Sie bestücken federgespannte SCHUNK TANDEM plus Kraftspannblöcke hauptzeitparallel außerhalb der Maschine mit Rohteilen und wechseln diese in gespanntem Zustand per Roboter komplett in die Maschine ein. Dabei nimmt das Nullpunktspannsystem Querkräfte zuverlässig auf, ohne dass das Werkstück seine Position verändert oder Vibrationen an der Werkzeugschneide entstehen.

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