Bild: Siemens
CNC-Integration: Roboter ist Teil der Maschine

 

Die konsequente CNC-Integration macht Roboter zur integralen Komponente der Werkzeugmaschine.

 

Damit entfällt der Unterschied beim Bedienen und Programmieren und die so gewonnene Effizienz und Flexibilität beim Rüsten, Laden und maschinennahen Materialfluss ermöglicht den schnellen Wechsel zwischen Holz, Composites und anderen Materialien.

PETER HOFSÄSS 

 

 

Die Firma Maka Systems GmbH in Nersingen, circa 10 km westlich von Ulm, ist Spezialist für anspruchsvolle und intelligente Fertigungslösungen für Holz, Aluminium und Composite-Materialien. Das Unternehmen bietet Gesamtlösungen an, die individuell auf die Anforderungen des Betreibers zugeschnitten sind und häufig auch die Fertigungsautomatisierung und/ oder die 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. Diese Erfahrungen bringt Maka nun verstärkt in das Branchensegment Holz ein: Je mehr auch in Holz verarbeitenden Betrieben Composite-Materialien und Alu verarbeitet werden, desto häufiger ergibt sich wegen der wechselnden Materialeigenschaften (und Handlingstechniken) 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. Das demonstrierte das Unternehmen auf der diesjährigen Ligna mit einer Kombination des 5-Achs-Bearbeitungszentrums MK7 und einem Kuka- Knickarmroboter des Typs KR 60-3. Nach freier Wahl der 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, wo die verschiedenen Teile von der MK7 dann unmittelbar nacheinander bearbeitet wurden. 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.

 

Standard-Roboter wird mit Standard-CNC gesteuert


Anders als früher hat Maka zur Integration des Roboters in die Werkzeugmaschine die Option Run My Robot des CNC-Systems Sinumerik 840D sl von Siemens eingesetzt. Diese Option setzt CNCBefehle 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 kurzer 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- beziehungsweise Werkstückachsen. Das NC-Programm für den Roboter – normaler DIN/ISO-Code beziehungsweise 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 in Hannover, 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-àvis exakt die gleichen Bewegungen. Dabei schien es, als könne man einen Zahnstocher dazwischen klemmen, ohne dass er bricht oder herunterfällt.


Der Anwender profitiert von dieser einfachen, unmittelbaren Synchronisation: Der Roboter kann einen neuen Rohling gegen das fertige Werkstück einwechseln, während die Bearbeitung des anderen Werkstücks läuft – auch wenn (wie bei der Maka MK7) Maschinenachsen im Tisch liegen und der Tisch sich beim Roboterzugriff 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.

 

Tiefgreifende Integration erschließt neue Rationalisierungspotenziale


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 daher längst über eine erweiterte Nutzung nach. Alexander Hiller hat bereits 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, indem 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.


Ein mit Barcode-, Matrix-, RFID-Leser oder Kamera ausgestatteter Roboter kann die bereitstehenden Paletten oder Vorrichtungen und die 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 – der Rest läuft ohne sein 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.


Maka-Geschäftsführer Klaus Kern umreist die strategische Perspektive: „Die konsequente CNC-Integration mit Run my Robot erschließt dem Anwender sehr weitgehende Rationalisierungspotenziale. Die CAD/CAM-Prozesskette kann nun so erweitert werden, dass sie parallel zum NCProgramm 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 Potenzial, mittelfristig unser hauseigenes System zur Roboteranbindung zu erweitern.“

 

Chancengleichheit für europäische Holzbearbeiter


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 auch Möglichkeiten, die Hauptzeiten zu reduzieren. Kern stellte schon im Vorfeld der Ligna verstärktes Interesse an der robotergestützten Fertigungsautomatisierung fest – und zwar in Asien: „Langfristig denkende Unternehmen in diesen Regionen reagieren bereits auf das auch dort steigende Lohnniveau. Das werte ich als klares Signal für europäische Holz und Composites bearbeitende Unternehmen, dass der vermeintliche Wettbewerbsvorteil fernöstlicher Betriebe mit intelligent optimierten Fertigungslösung aufgewogen wird.“ Neben Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz – beispielsweise 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 sehr einfach realisierbar ist.

www.siemens.de/holz

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