CNC-Integration macht Roboter zum Teil der Maschine

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Die Konsequente CNC-Integration macht Roboter zum integralen Teil der Werkzeugmaschine. Es gibt dann 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.

Einfache, performante und zukunftssichere Lösung: Sinumerik „Run my Robot“ ist das Ergebnis einer langfristigen strategischen Kooperation zwischen dem Roboterhersteller Kuka und dem Automatisierungspartner Siemens. (Foto: Maka/Siemens)

Maka Systems in Nersingen bei Ulm ist Spezialist für anspruchsvolle Fertigungslösungen für Holz, Aluminium und Composite-Materialien, die auf die Anforderungen des Betreibers zugeschnitten sind und oft auch die Fertigungsautomatisierung oder Linienintegration umfassen. Aufgrund von Kundenanforderungen bei der Alu- und Composite-Bearbeitung hat Maka schon früh Knickarmroboter in seine Lösungen integriert; dies war lange Zeit sogar ein Alleinstellungsmerkmal und wurde mit einem hauseigenen, proprietären Automatisierungssystem realisiert. Diese Erfahrungen gelangen nun verstärkt in das Branchensegment „Holz“: Je mehr auch in holzverarbeitenden Betrieben Composite-Materialien und sogar Alu verarbeitet werden, desto häufiger ergibt sich wegen der wechselnden Materialeigenschaften – und Handhabungstechniken – 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.

Standard-Roboter wird mit Standard-CNC gesteuert

Dies wird am Beispiel einer Holz-, Composite- und Aluminiumbearbeitung am Fünf-Achs-Bearbeitungszentrum MK7 mit einem Kuka-Knickarmroboter KR 60-3 deutlich: Die Werkstücke werden aufgespannt; hierzu bringt der Roboter je zwei dieser Werkstücke in die Nullpunkt-Spannvorrichtungen auf dem Maschinentisch ein, wo die verschiedenen Teile von der MK7 unmittelbar nacheinander bearbeitet werden. Zur Integration des Roboters in die Werkzeugmaschine ist „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 robotereigenen Sicherheitsfunktionen werden so nahtlos in die Safety-Integrated-Funktionalität der CNC eingebunden. Die damit bewerkstelligte Integration ist derart weitgehend, dass sich Maschinenbediener und Programmierer ausschließlich mit der gewohnten Bedienoberfläche auseinandersetzen müssen. Projektingenieur Alexander Hiller bestätigt dies: „Die Inbetriebnahme der Roboteranbindung samt der integrierten Sicherheitsfunktionen wurde innerhalb kürzester Zeit und ausschließlich mithilfe der Siemens-Tools umgesetzt.“

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Gleiche Bedienung, gleiches Koordinatensystem

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- beziehungsweise Werkstückachsen. Das NC-Programm für den Roboter – normaler DIN/ISO-Code beziehungsweise normale NC-Zyklen – läuft in einem eigenen Kanal der CNC. So kann eine CNC auch mehrere Roboter steuern.

Die Synchronisation des Roboters mit den Maschinenbewegungen leistet die standardmäßige NC-Kanalsynchronisation der CNC. Es 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. Der Anwender profitiert davon: Der Roboter kann einen neuen Rohling gegen das fertige Werkstück einwechseln, während die Bearbeitung des anderen Werkstückes läuft – auch wenn wie bei der 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. Der Roboter ist bei einer Integration mit „Run My Robot“ mit dem Be- und Entladen von Werkstücken, Vorrichtungen oder Paletten fast schon unterfordert.

Deshalb hat Maka über eine erweiterte Nutzung nachgedacht und eine darüber hinausgehende Lösung realisiert: Ein mit einer Spindel ausgerüsteter Roboter kann Bohr-Bearbeitungen 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 Magazine 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.

Kleine Losgrößen kein Problem

Ein mit Barcode-, Matrix-, RFID-Leser oder Kamera ausgestatteter Roboter kann bereitstehende Paletten, Vorrichtungen oder Werkstücke identifizieren, sodass die CNC automatisch das benötigte Teileprogramm lädt und abarbeitet. Der Bediener muss lediglich die – gegebenenfalls vorgerüsteten – Rohlinge auf einen freien Platz im Abholbereich des Roboters bereitstellen. In einer solchen Umgebung lassen sich auch Fertigungsaufträge mit Losgröße eins oder unterschiedlichen Materialien effizient bearbeiten – ein wichtiger Beitrag zur Flexibilität der Fertigung. Die konsequente CNC-Integration mit „Run my Robot“ erschließt dem Anwender weitgehende Rationalisierungspotenziale. Die CAD-CAM-Prozesskette lässt sich so erweitern, dass sie parallel zum NC-Programm standardmäßig auch das Steuerprogramm für den Roboter generiert – eine solche Prozesserweiterung könnte den Roboter für das Teilehandling, den maschinennahen Materialfluss oder Linienintegration nutzen und direkt in die Fertigung einbinden.

pb

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