Für jede Aufgabe das optimale System

Der Werkzeugmaschinenbauer Emco stellte kürzlich eine automatisierte Fertigungslösung zur Komplettbearbeitung vor, die exemplarischen Charakter besitzt und Gesprächsanlass bieten sollte. Die Kombination aus einer Vertikaldrehmaschine, einem Fräszentrum sowie einem kollaborierenden Roboter macht die Produktion typischer Teile von Pumpen, E-Motoren, Stellgetrieben im Non-Automotive-Bereich sowie von Getriebeteilen im Automotive-Bereich effizienter.

Christian Klapf, Leiter Forschung und Entwicklung bei Emco, bringt das große Plus der exemplarischen Anlage auf den Punkt: „Bei unserer Fertigungslösung werden für perfekte Ergebnisse genau diejenigen Bearbeitungsverfahren eingesetzt, die den jeweiligen Anforderungen am besten entsprechen.“ Dies sind einerseits die Drehbearbeitung auf der Vertikaldrehmaschine VT 260 sowie Fräs- und Bohrbearbeitungen auf dem 5-Achsen-Fräszentrum Maxxmill 400. Die beiden Emco-Maschinen verbindet ein besonders leistungsfähiger kollaborierender Roboter des Typs Fanuc CR-35iA, zu dem ein Sicherheits-Laserscanner für freiprogrammierbare Sicherheitsflächen und ein Ablagetisch gehören.

Mit einer Reichweite von gut 1800 mm und einer maximalen Traglast von 35 kg ist dieser Roboter einer der weltweit führenden seiner Art. Nach internationalem Sicherheitsstandard zertifiziert, arbeitet er Seite an Seite mit dem Bediener – und dies komplett ohne Sicherheitszäune. „Integrierte Kraftsensoren und eine verlässliche Soft-Cover-Oberfläche sorgen dafür, dass er durch sanftes Berühren sicher geführt, angelernt und beiseite geschoben werden kann“, erklärt Klapf. „Nach einem Stopp lässt er sich einfach und schnell wieder starten.“ Durch die intelligente Nutzung von

Sicherheitseinrichtungen in Kombination mit dem Roboter benötigt die Fertigungslösung keine starren Einzäunungen oder Zugangsbarrieren. Der Roboter verfährt grundsätzlich mit Industriegeschwindigkeit (750 mm/s). Wird der Sicherheitsbereich etwa für Bedienaufgaben an den Werkzeugmaschinen betreten, geht der Roboter automatisch in den kollaborierenden Modus (250 mm/s) über. „Dies bietet den Vorteil, dass die Gesamtanlage bei diesem Vorgang weiterläuft“, erläutert Klapf. „Mensch, Automatisierungseinheit und Fertigungsmaschinen können somit gleichzeitig mit- und nebeneinander ihre Aufgaben erfüllen.“

Intelligente Verbindung

Die Bedienung des Roboters – Bewegen, Programme, I/O-Monitoring, Alarme – ist über die Funktion Robot Connection von Fanuc auch direkt an der Bedientafel der Vertikaldrehmaschine möglich. Die intelligente Verbindung zwischen Roboter- und Maschinensteuerung erfolgt dabei über die Schnittstelle Fanuc FL-Net. Eine ähnliche Lösung ist auch mithilfe eines Kuka-Roboters und einer Siemens-Sinumerik-Steuerung mit der Funktion Run Myrobot realisierbar. „Die Roboter unterscheiden sich zwar hinsichtlich ihrer Leistungsdaten und Funktionsweise, doch ist der Nutzwert identisch“, merkt Klapf an. „Die jeweilige Anwendung bestimmt letztlich die Auswahl.“

Zu der Anlage gehören folgende Fertigungseinheiten: die Vertikaldrehmaschine VT 260, ausgestattet mit einer Fanuc-31iTB-Steuerung, Shuttle-Beladung und Einfahrschutz mit Sicherheitslichtschranken, sowie das Fräszentrum Maxxmill 400. Dieses verfügt über eine Heidenhain-TNC620-Steuerung mit Standard-Roboterinterface sowie eine Beladetür mit Sicherheitslichtschranken. Die kompakte Vertikaldrehmaschine VT 260 mit integrierter Automation ist für die Schwerzerspanung konzipiert. Zu ihren besonderen Eigenschaften gehören hohe Produktivität und Wiederholgenauigkeit sowie eine gute Bedienbarkeit. Mithilfe ihrer leistungsstarken Spindel lassen sich Dreh-, Bohr- und Gewindeoperationen einfach durchführen. Die steife Maschinenstruktur schafft die Voraussetzung für hohe Zerspanraten in der Serienproduktion und soll eine sehr gute Basis für die Schrupp-, Präzisions- und Hartbearbeitung bieten.

Ausgestattet mit großzügig dimensionierten Rollenführungen, ist die Maschine in erster Linie für kurze und schwerere Werkstücke mit großem

Durchmesser ausgelegt. Die größeren Linearführungen und -führungsschuhe sollen auch bei starken Belastungen eine hohe Stabilität sicherstellen. Am Werkzeugrevolver können zwölf Tools mit VDI-40-Aufnahme montiert werden. Die VT 260 ist wahlweise mit den modernen Steuerungen Fanuc 31i/31iTB oder Siemens 828D ausgestattet, die einfach zu bedienen und zu programmieren sind. Auf Wunsch ist auch die Siemens 840D sl erhältlich. Obwohl die Maschine über ein selbstladendes System verfügt, benötigt sie nur wenig Stellfläche. Als Stand-alone-Einheit belädt sie sich selbst mit Futterteilen bis 260 mm Durchmesser und erspart dem Anwender somit zusätzlichen Kosten- und Programmieraufwand für die Automationseinrichtung. Eine Abstimmung zwischen Automationssystem und Maschine ist nicht erforderlich. Die VT 260 ist zudem mit einem Schlepprahmen-Förderband für die Rohteile ausgerüstet. Der Kunde kann, je nach Durchmesser, bis zu 30 Werkstücke in dem System magazinieren. Mithilfe des Schlepprahmens werden die entsprechenden Werkstücke zur Pick-up-Position gebracht.

Drei Ausbaustufen

Erhältlich ist die Drehmaschine in drei Ausbaustufen, die alle entsprechend dem Kundenbedarf in der robotisierten Fertigungslösung eingesetzt werden

können. Das Basissystem VT 260 (ISM) kommt ohne angetriebene Werkzeuge aus, während die Version VT 260 M (ISM) solche besitzt. Die Variante VT 260 MY (ISM) verfügt sowohl über angetriebene Werkzeuge als auch eine Y-Achse mit einem Verfahrweg von 160 (+70/–90) mm. Alle Versionen sind mit Hohlspindelantrieb ausgestattet und bieten eine Antriebsleistung von 29 kW.

Das fünfachsige Kompakt-Fräszentrum Maxxmill 400 bietet bei der anspruchsvollen 5-Seiten- oder 5-Achsen-Simultanbearbeitung kleiner Werkstücke in kleinen bis mittleren Stückzahlen eine hohe Thermostabilität und Bearbeitungsgenauigkeit. Damit eignet es sich für Einsatzfelder wie Werkzeug- und Formenbau, Maschinenbau, Feinmechanik, Medizintechnik und optische Industrie sowie für Lohnfertiger und Ausbildungsbetriebe. Die hohe Präzision des Systems basiert auf den massiven Guss- und Stahlkomponenten des Maschinenbettes, der Schlittensysteme und des Schwenk-Rundtisches.

Zu den wesentlichen Merkmalen des Systems gehören ein modernes Fahrständerkonzept samt einem massiven Schwenkrundtisch, ein kompaktes Design mit kleiner Aufstellfläche und großem Arbeitsraum, hochwertige Steuerungstechnik, eine optimierte Späneentsorgung sowie umfangreiche Optionen. Die Maschine mit X/Y/Z-Verfahrwegen von 350/250/300 mm bearbeitet bis zu 80 kg schwere Werkstücke mit Abmessungen bis 250/250/225 mm fünfseitig in einer Aufspannung. Die C-Achse des Rundtisches dreht

endlos über 360° hinaus, und der Schwenkbereich der B-Achse deckt ±100° ab.

Wassergekühlte Motorspindel

Die mechanische Hauptspindel, die bis zu 7 kW leistet, arbeitet mit einem maximalen Drehmoment von 33 Nm und Drehzahlen bis 12 000 min-1. Optional ist eine wassergekühlte 16-kW-Motorspindel mit einer Maximal-Drehzahl von 24 000 min-1 erhältlich. Beim Werkzeugmagazin hat der Anwender die Wahl zwischen 20, 30 oder 50 Plätzen. Der Werkzeugdurchmesser kann 50, 63 oder 100 mm betragen, die Länge 200 mm bei maximal 5 kg Masse. Steuerungsseitig hat der Anwender die Wahl zwischen einer Heidenhain TNC620/TNC640 sowie der Siemens 840D sl.

Im Profil

Emco GmbH Das im österreichischen Hallein ansässige Unternehmen Emco gehört zu den führenden Werkzeugmaschinenherstellern in Europa. Die beiden verpflichtenden Zusagen „Made in the Heart of Europe“ und „Design to Cost“ sind die wesentlichen Erfolgsfaktoren des international agierenden Unternehmens, dessen Produkte durch hohe Fertigungsqualität sowie funktionales Design gekennzeichnet sind. Emco beschäftigt rund 700 Mitarbeiter an sechs Produktionsstandorten in Österreich, Deutschland, Italien sowie Russland.

Die robotisierte Fertigungslösung funktioniert wie folgt: Zunächst werden die Rohteile auf einer Bereitstellposition am Ablagetisch gepuffert und vom Roboter zum Shuttle der Drehmaschine transportiert. Der Shuttle be- und entlädt die Maschine. Nach dem Entladen legt der Roboter die bearbeiteten Halbfertigteile auf der Bereitstellposition am

Ablagetisch ab. Dann legt er das zu bearbeitende Halbfertigteil direkt in die Spannvorrichtung des Fräszentrums ein. Nach dem Bearbeiten entnimmt er das Fertigteil und legt es auf der Fertigteilposition am Ablagetisch ab. „Der gesamte Vorgang läuft zügig und sicher ab“, betont Klapf. „Der Bediener ist primär für angelagerte Aufgaben wie Kontroll- oder Messaufgaben zuständig.“

Industrie-4.0-Themen

Durch den Einsatz der für die jeweilige Bearbeitung optimalen Maschine in Kombination mit fortschrittlicher Mensch-/Maschine-Interaktion und intelligenter Kommunikation zwischen den Maschinen spricht die Anlage gleich mehrere Industrie-4.0-Themen an: Dazu gehören die Integration von Robotern in die Welt der Fertigung, die effiziente und sichere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine, die optimierte Unterstützung des Bedieners sowie die Wandelbarkeit und Flexibilität von Systemen. Bernhard Reichenbach