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CNC-Integration - Assistenz mit fliegendem Wechsel

CNC-IntegrationAssistenz mit fliegendem Wechsel

Konsequente CNC-Integration macht Roboter zum integralen Teil der Werkzeugmaschine. Es gibt mit einer CNC-Integration einfach keinen Unterschied mehr beim Bedienen und Programmieren. Die so gewonnene Effizienz und Flexibilität beim Rüsten, Laden und im maschinennahen Materialfluss ermöglicht den unmittelbaren Wechsel zwischen Holz, Composites und anderen Materialien.

Knickarmroboter

Maka Systems ist in Nersingen beheimatet, ca. 10 Kilometer westlich von Ulm. Der Spezialist für Fertigungslösungen für Holz, Aluminium und Composite-Materialien bietet Gesamtlösungen an, die individuell auf die Anforderungen des Betreibers zugeschnitten sind und häufig auch die Fertigungsautomatisierung oder Linienintegration umfassen. Aufgrund von Kundenanforderungen in den Bereichen Alu- und Composite-Bearbeitung hat das Unternehmen schon frühzeitig Knickarmroboter in seine Lösungen integriert. Das war lange Zeit sogar ein Alleinstellungsmerkmal und wurde mit einem hauseigenen, proprietären Automatisierungssystem realisiert.

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Diese Erfahrungen bringt Maka nun verstärkt in das Branchensegment „Holz“ ein: Je mehr auch in holzverarbeitenden Betrieben Composite-Materialien und sogar Alu verarbeitet werden, desto häufiger ergibt sich wegen der wechselnden Materialeigenschaften (und Handlings- techniken) auch die Notwendigkeit, den maschinennahen Material- und Teilefluss nicht nur effizient, sondern auch differenziert und flexibel zu gestalten. Hier ist die Variabilität und Vielseitigkeit der Knickarmroboter von großem Vorteil.

Rückblick auf die diesjährigen Ligna in Hannover - hier demonstrierte das Unternehmen mit einer Kombination des 5-Achs-Bearbeitungszentrums MK7 mit einem Kuka-Knickarmroboter des Typs KR 60-3 diese Lösung: Nach freier Wahl durch den Messebesucher bearbeitete die Maschine Holz , Composite- und Aluminium-Werkstücke, die zudem auf unterschiedlichen Vorrichtungen aufgespannt waren. Dazu brachte der Roboter je zwei dieser Werkstücke in die Nullpunkt-Spannvorrichtungen auf dem Maschinentisch ein; dort wurden die verschiedenen Teile dann von der MK7 unmittelbar nacheinander bearbeitet. Währenddessen holte der Roboter auf Wunsch Wasserflaschen für durstgeplagte Messebesucher aus dem Kühlschrank und zeigte so en passant den einfachen Wechsel zwischen Synchronbetrieb zur Werkzeugmaschine und freiem Betrieb.

Run my Robo

Standard-Roboter wird mit Standard-CNC gesteuert
Anders als früher hat das Unternehmen zur Integration des Roboters in die Werkzeugmaschine die Option „Run My Robot“ des CNC-Systems Sinumerik 840D sl von Siemens eingesetzt. Diese Option setzt CNC-Befehle in Steuerbefehle für die Roboterfernsteuerung „Kuka.Remote“ um und interpretiert deren Rückmeldungen aus Sicht der CNC. So kann der Roboter vollständig über die CNC-Oberfläche bedient, programmiert, diagnostiziert und in Betrieb genommen werden. Selbst die Roboter-eigenen Sicherheitsfunktionen werden auf diese Weise nahtlos in die Safety-Integrated-Funktionalität der CNC eingebunden. Die damit bewerkstelligte Integration ist so weitgehend, dass sich der Maschinenbediener sowie der Programmierer ausschließlich mit der gewohnten Bedienoberfläche auseinandersetzen müssen. Projektingenieur Alexander Hiller bestätigt dies: „Die Inbetriebnahme der Roboteranbindung einschließlich der integrierten Sicherheitsfunktionen wurde innerhalb kürzester Zeit und ausschließlich mithilfe der Siemens-Tools umgesetzt.“

Unter der Sinumerik-Option „Run My Robot“ bewegt sich der Roboter im gleichen Koordinatensystem wie die CNC. Ob manuell im Jog oder im programmierten Automatik-Modus: Der Roboter verfährt ohne weiteres Zutun des Bedieners oder Programmierers entlang der Maschinen bzw. Werkstückachsen. Das NC-Programm für den Roboter – normaler DIN/ISO-Code bzw. normale NC-Zyklen – läuft dabei in einem eigenen Kanal der CNC. Auf diese Weise kann eine CNC auch mehrere Roboter steuern.

Die Synchronisation des Roboters mit den Maschinenbewegungen leistet die standardmäßige NC-Kanalsynchronisation der CNC. So gelten im synchronen Betrieb zum Beispiel stets die gleichen Override-Einstellungen für Maschine und Roboter – auch beim „Dreh am Knöpfchen“ bleiben Maschine und Roboter exakt synchron. Alexander Hiller, Projektingenieur bei Maka, demonstrierte dies, indem er Spindel und Roboter das gleiche NC-Programm ausführen ließ – lediglich ein minimaler Offset in X-Richtung war eingestellt: Spindel und Roboterkopf vollführten vis-a-vis exakt die gleichen Bewegungen, es schien, man konnte einen Zahnstocher dazwischenklemmen, ohne das er bricht oder herunterfällt.

Roboter

Rohling gegen Werkstück
Der Anwender profitiert von dieser einfachen und unmittelbaren Synchronisation: Der Roboter kann einen neuen Rohling gegen das fertige Werkstück einwechseln, während die Bearbeitung des anderen Werkstückes läuft – auch wenn wie bei der Maka MK7 Maschinenachsen im Tisch liegen und sich dieser während des Roboterzugriffs entsprechend der Vorgaben des aktiven NC-Programms bewegt. Dazu wird nicht einmal eine gesonderte Programmierung des Roboters zum Nachvollziehen der Tischbewegungen benötigt: Die Koordinatentransformation der Steuerung bewirkt, dass der Roboter das Werkstück-Koordinatensystem nutzt – dieses fährt mit der Aufspannung mit; der Roboter folgt den Tischbewegungen ohne weiteres Zutun von Programmierer oder Bediener. Der Roboter verhält sich somit im Synchronbetrieb wie ein integraler Teil der Maschinenkinematik. So ist der Roboter bei einer Integration mit „Run My Robot“ mit dem Be- und Entladen von Werkstücken, Vorrichtungen oder Paletten fast schon unterfordert. Bei Maka denkt man längst über eine erweiterte Nutzung nach.

Alexander Hiller hat bereits eine darüber hinausgehende Lösungen realisiert: Ein mit einer Spindel ausgerüsteter Roboter kann Bohrbearbeitungen an Stirn und Flanken des Werkstücks durchführen, während die Maschinenspindel die Oberfläche schlichtet – auch während sich der Tisch bewegt. In größeren Maschinen kann er die Werkzeugwechselzeiten verkürzen, in dem er der Spindel auf dem Weg zur nächsten Bearbeitungsposition folgt und das Werkzeug „on the fly“ tauscht. Mitfahrende Werkzeugmagazine kann ein derart integrierter Roboter hauptzeitparallel bestücken – zumal er durch die Integration in die CNC-Steuerung und CAD-CAM-Kette Störkonturen ebenso wie den Werkzeugkopf der Maschine berücksichtigt und umfährt.

Kurze Nebenzeiten
Ein mit Barcode-, Matrix-, RFID-Leser oder Kamera ausgestatteter Roboter kann die bereitstehenden Paletten bzw. Vorrichtungen und Werkstücke identifizieren, sodass die CNC automatisch das benötigte Teileprogramm lädt und abarbeitet. Der Bediener muss lediglich die (ggfs. vorgerüsteten) Rohlinge auf einen freien Platz im Abholbereich des Roboters bereitstellen – der Rest läuft dann ohne weiteres Zutun ab. In einer solchen Umgebung lassen sich auch Fertigungsaufträge mit Losgröße 1 und/oder unterschiedlichen Materialien hocheffizient und in dichter Folge bearbeiten – ein wichtiger Beitrag zur Flexibilität der Fertigung.

Ligna 2015

Maka-Geschäftsführer Klaus Kern umreißt die strategische Perspektive: „Die konsequente CNC-Integration mit ‚Run my Robot’ erschließt dem Anwender sehr weitgehende Rationalisierungspotenziale. Nun kann die CAD-CAM-Prozesskette so erweitert werden, dass sie parallel zum NC-Programm standardmäßig auch das Steuerprogramm für den Roboter generiert. Eine solche Prozesserweiterung könnte den Roboter nicht nur für das Teilehandling, den maschinennahen Materialfluss oder Linienintegration nutzen, sondern auch direkt in die Fertigung einbinden. Sinumerik ‚Run My Robot’ hat damit das Potential, mittelfristig unser hauseigenes System zur Roboteranbindung zu erweitern“

Das Potenzial eines mit Sinumerik „Run my Robot“ betriebenen Roboters geht deutlich über zeitoptimiertes Rüsten, Be- und Entladen hinaus; zusätzlich zur Verkürzung der Nebenzeiten erschließt diese Lösung Möglichkeiten, auch die Hauptzeiten zu reduzieren. Neben Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz mit ‚Sinumerik Ctrl-Energy’ und einem System zur betriebsdatengestützten Optimierung der Produktivität ist die CNC-gestützte Roboterintegration für Maka einer der Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz und der Flexibilität europäischer Fertigungen. Ein wirklich wichtiger Ansatz – der mit Sinumerik „Run my Robot“ nun einfach realisierbar ist.

Peter Hofsäß/ee

Motek Halle 8, Stand 8102

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