Mit dem modularen Programm von Ott-Jakob Spanntechnik wurden bereits mehrere tausend Werkzeugspannsysteme für HSK und Steilkegel konstruiert. Bei der Fertigung seiner Spannsysteme verarbeitet das Unternehmen auf rund 7.000qm Produktionsfläche hauptsächlich hochlegierte Stähle und zu einem geringen Anteil auch Aluminium sowie Buntmetalle. „Rund 80 Prozent unserer Zweispindel-Drehmaschinen sind mit Stangenladern ausgestattet. Und wann immer wir Möglichkeiten und Potenziale sehen, automatisieren wir weitere Bestandsmaschinen“, sagt Florian Hartmann, Teamleiter der Serienfertigung.
Ein gutes Beispiel hierfür ist eine Tieflochbohrmaschine vom Typ TBT ML250 für die Produktion von Zugstangen und Zugstangenanschlüssen. „Hierzu werden jeweils vier Wellen gleichzeitig mit einer Bohrung versehen, durch die man später die Kühlmedien durch die Werkzeugspindel leitet“, erklärt Hartmann. Die Dimensionen der auf der Maschine bearbeiteten Werkstücke sind sehr unterschiedlich. Die Wellen haben größtenteils Durchmesser von 20 bis 50mm und Längen von 75 bis 550mm. Innerhalb dieser Bereiche ist quasi jedes Wellenmaß möglich.
Einbindung in den Fertigungsprozess
Bisher wurde mit der Maschine im Zweischichtbetrieb produziert, wobei ein Mitarbeiter, der sich noch um weitere Anlagen kümmerte, die Bohrmaschine manuell mit Rohteilen versorgte und die Fertigteile entnahm. Bei Bearbeitungszeiten zwischen drei und 30 Minuten, je nach Bohrdurchmesser und Werkstücklängen, waren die Mitarbeiter gewissermaßen dauerhaft in den Fertigungsprozess mit eingebunden. „Das war einer der Gründe, warum die Tieflochbohrmaschine automatisiert werden sollte“, erklärt Hartmann. „Da wir bereits an zwei CNC-Drehmaschinen standardisierte Roboterzellen von Halter CNC Automation im Einsatz haben, genauer einen LoadAssistant Universal Compact 12 sowie einen LoadAssistant Universal Premium 35, und damit positive Erfahrungen gesammelt haben, fragten wir das Unternehmen nach einer Lösung.“ Aus dieser Anfrage entstand schließlich ein Projekt, das mit Blick auf die Flexibilität der Roboterzelle vom Typ LoadAssistant Universal Premium 35, beim Be- und Entladen der Tieflochbohrmaschine einige Besonderheiten aufweist.
Anders als bei den Standardlösungen von Halter, belädt in diesem Fall die eigens ausgelegte Roboterzelle die Maschine nicht mit einem Werkstück, sondern gleich mit vier Rohteilen. Dafür muss der Roboter die Wellen sowohl in axialer als auch radialer Richtung handhaben. Deshalb wurde unter anderem die Programmierung aller Bewegungsabläufe und somit die gesamte Roboterkinematik modifiziert sowie vor der Maschine eine Umgreifstation installiert. Der Roboterarm selbst verfügt zudem über einen Doppelgreifer mit werkstückspezifischen Greiferfingern, die im Hinblick auf die zu handhabenden Wellendurchmesser ebenfalls angepasst wurden.
Handhabung von längeren Wellen
Als Materialpuffer verfügt die Roboterzelle über eine Standard-Rasterplatte für Wellen mit einem Durchmesser von 20 bis 35mm und Längen von 75 bis 250mm, die insgesamt 176 Werkstücke aufnehmen kann. Darüber hinaus wurde eine Sonder-Rasterplatte für Wellendurchmesser von 35 bis 50mm mit einer Kapazität von 88 Werkstücken entwickelt, wobei der LoadAssistant Universal Premium 35 abweichend von seinem Standardmodell nun Bauteile mit einer Länge von bis zu 550mm transportieren kann. Im März 2023 nahm die Zelle ihren Betrieb auf. „Uns war durchaus bewusst, dass sowohl Halter als auch wir mit dieser Lösung Neuland betreten, sodass wir während der laufenden Produktion noch Anpassungen vornehmen mussten“, meint Florian Hartmann.
Im Dauerzyklus bereitet der Roboter die Beladung der bereits laufenden Maschine für die Bearbeitung von insgesamt vier Wellen vor, indem er jeweils ein Rohteil aus dem Werkstückpuffer nimmt und es in der Umgreifstation ablegt. Ist die Fertigung von vier Wellen abgeschlossen, entnimmt der Roboter mit einer Seite des Doppelgreifers ein Fertigteil. Hierbei prüft er zunächst die Lage des Bauteils in der Maschine, wobei er gegebenenfalls über einen in der Zelle integrierten Sensor nochmals die Länge der Welle misst, um eine mögliche Kollision beim Ablegen des Teils in der Umgreifstation zu vermeiden. Denn bedingt durch das Mitschleppen einzelner Bauteile beim Verlassen der Spannstellung in der Tieflochbohrmaschine kann es sein, dass sich mitunter eine Welle nach dem Lösen des Konus nicht an der für den Robotergreifer vorgesehenen Position befindet. Daher wurde der Sensor in die Roboterzelle integriert.
Hauptzeitparallele Vorbereitung
Nach Prüfung der Bauteillage legt der Roboter das Fertigteil in der Umgreifstation ab, greift ein neues Rohteil und belädt die Maschine, um als nächstes ein weiteres Fertigteil zu entnehmen. Dies geschieht insgesamt vier Mal. Sämtliche Bewegungsabläufe zwischen Werkstückpuffer und Umgreifstation im Anschluss an das Be- und Entladen erfolgen hauptzeitparallel und beeinflussen demnach die Produktivität der Tieflochbohrmaschine nicht. Ist der Werkstückpuffer abgearbeitet, wird er automatisch gedreht, sodass unmittelbar neue Rohteile für die Fertigung bereitstehen. Auf der Rückseite der Zelle können in der Zwischenzeit die Fertigteile entnommen und der Materialpuffer mit neuen Rohteilen bestückt werden.