Um Tag und Nacht Aluminium-Profile fertigen zu können, setzt ein Metallbearbeitungs-Unternehmen auf die vollautomatisierte Fertigung:
Eine Fräsmaschine und ein Industrie-Roboter in Kombination bilden das neue Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum.

Vom Sägen über die CNC-Bearbeitung bis hin zum Gleitschleifen - die schwäbische Firma KS Metallbearbeitung bearbeitet Aluminiumprofile und liefert diese an unterschiedliche Branchen, wie die Fenster- und Fassadentechnik, den Maschinenbau sowie die Elektronikbranche. Kurt Schuhmacher gründete 1983 das Unternehmen und ist noch heute als Geschäftsführer tätig. Nun entschied er sich, den Schritt in Richtung automatisierte Fertigung zu gehen, nicht zuletzt deshalb, um sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen.
So machte sich Schuhmacher auf die Suche nach einem geeigneten Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum und kam auf der EMO, der Messe für Metallbearbeitung, mit Dreher in Kontakt. Hier musste Dreher zunächst Bedenken hinsichtlich der Bedienbarkeit der Roboterzelle ausräumen und überzeugte KS, dass die Vielfalt ihrer verschiedenen Bauteile handelbar ist. Daraufhin entwickelte Dreher eine Komplettlösung aus Fräsmaschine und Industrie-Roboter. So entschied sich Schuhmacher schließlich für die automatisierte Lösung bestehend aus einer Fräsmaschine des amerikanischen Werkzeugmaschinenherstellers, einer VF-2SS, und einer DR-1B-Roboterzelle mit einem 6-Achs-Knickarm-Roboter von Kuka.

Hohe Flexibilität bei niedrigen Rüstzeiten

„Durch die vollautomatische Fertigung können wir jetzt in 24 Stunden, an sieben Tage die Woche, höhere Stückzahlen produzieren. Die Fräsmaschine VF-2SS erledigt die erforderlichen Bohr- und Fräsarbeiten im Schnellverfahren. Gleichzeitig bleiben wir durch niedrige Rüstzeiten flexibel, um verschiedene Bauteile zu fertigen", so Bernd Haller, Fertigungsleiter CNC-Bearbeitung. SS steht dabei für Super Speed, Hochgeschwindigkeitsfräsen. Die VF-2SS ist mit einer Spindel mit Direktantrieb ausgestattet, die 12.000 U/min liefert. Mit Resonanzfilterung, einstellbarer Bahnglättung und erweitertem Programmspeicher kann die Fräsmaschine durch kurze Rüstzeiten verschiedenste Teile bearbeiten.
Auf hohe Geschwindigkeiten kommt es nicht nur in der Fräszelle an, sondern auch beim Be- und Entladen der Werkzeugmaschine. In der Roboterzelle fiel daher die Entscheidung zugunsten des neuen Kuka KR Agilus, einem 6-Achs-Knickarm-Roboter. Dabei transportiert ein Förderband die Werkstücke in die Roboterzelle. Der KR Agilus holt daraufhin die Werkstücke vom gewählten Platz ab und lagert sie an einer speziellen Vorrichtung in der Zelle zwischen. Die Belegung wurde vorab an der separaten Bedienoberfläche programmiert und gespeichert. Der Roboter greift die Werkstücke, die nun zum Nullpunkt ausgerichtet sind, und legt sie in die VF-2SS ein, die die notwendigen Bohr- und Fräsarbeiten durchführt. Nach der Bearbeitung entnimmt der Roboter die Werkstücke und schleust sie durch eine Rutsche in einen außerhalb der Zelle angebrachten Auffangbehälter.

Ein Meister der Geschwindigkeit

Bei Handhabungsaufgaben, insbesondere Pick&Place, ermöglicht der Kleinroboter geringe Zykluszeiten. Gleichzeitig arbeitet die KR-Agils-Familie sehr präzise und ermöglicht so eine hohe Fertigungsqualität. Das Produktportfolio umfasst Roboter mit einer Traglast von sechs und 10 Kilogramm und Reichweiten von 700, 900 und 1.100 Millimeter. Die Grundausstattung der DR-1 Zelle beinhaltet einen Industrieroboter mit Greifersystem sowie eine Aufspannvorrichtung. Dreher betreute in diesem Projekt alle Komponenten: die Roboter-Schnittstelle zum Nullpunktspannsystem, die Programmierung des Kuka-Roboters und der Haas-Maschine.

„Eine automatisierte Anlage erscheint auf den ersten Blick wie eine teure Angelegenheit. Dabei ist die Kombination aus Dreher-Roboterzelle und Haas-Werkzeugmaschine eine leistungsfähige und kostengünstige Lösung mit kurzen Amortisationszeiten. Jeder, der richtig rechnet, weiß, dass automatisierte Lösungen einen höheren Invest bedeuten. Doch die Stundensätze liegen automatisiert nur noch bei einem Drittel im Vergleich zur manuellen Bedienung. Somit sind sie international wettbewerbsfähig und die Produktion bleibt hier in Deutschland und wird nicht nach Osteuropa verlagert", erklärt Martin Dreher, Vorstand von Dreher.

Höhere Drehmomentkapazität für 6-Achs-Roboter

Kompakt, präzise, wendig und schnell: So charakterisiert Kuka seine KR-Agilus-Serie. Dass der Roboter diesen Eigenschaften auch tatsächlich nachkommen kann, dafür sorgen unter anderem die hochintegrierten, eingebundenen Präzisionsgetriebe von Harmonic Drive: Getriebe der Baureihe CobaltLine-2UH. Diese übertragen die Leistung in allen sechs Achsen des Knickarm-Roboters sicher und zuverlässig. Sie eignen sich aufgrund ihrer Positioniergenauigkeit vor allem für kurze Taktzeiten. Um dies zu erreichen, optimierte Harmonic Drive die Flexspline- und Circular-Spline-Verzahnung sowie die Form des Wave Generators. Diese Maßnahmen steigerte die Drehmomentkapazität der Getriebe um rund 30 Prozent und die Lebensdauer um circa 40 Prozent im Vergleich zu den Getrieben der Standard-Baureihe HFUC. Dabei ermöglicht das kippsteife, präzise Abtriebslager die direkte Anbringung hoher Nutzlasten ohne weitere Abstützung. So gewährleistet der Getriebe-Hersteller eine platzsparende Konstruktion.

Die Getriebe der Baureihe CobaltLine-2UH sind in sechs Baugrößen erhältlich - mit den Untersetzungen 50, 80, 100, 120 und 160 bei einem wiederholbaren Spitzendrehmoment zwischen 23 und 841 Nm. Zusätzlich gibt es die Baureihe in drei Versionen: Die Unit CPM zum direkten Anbau beliebiger Motoren, die Unit CPH mit Hohlwelle zur Durchführung von Versorgungsleitungen für weiterführende Antriebssysteme und die Unit CPS mit Eingangswelle aus Edelstahl, die eine flexible Einbindung ermöglicht. Einsetzbar sind die Getriebe bei Umgebungstemperaturen zwischen -40 und 90 °C.