Kollaborative Roboter in Werkzeugmaschinen: Wo machen sie praktisch Sinn?

Kollaborative Roboter, allgemein als Cobots bekannt, werden zu einer praktischen Automatisierungsoption für Werkzeugmaschinen, die flexiblere Produktion benötigen, ohne ihre Anlagen komplett neu zu gestalten. Sie können repetitive Aufgaben wie das Be- und Entladen von CNC-Maschinen, den Teiletransport und einfache Montagearbeiten übernehmen.

Ein Cobot ist jedoch nicht automatisch die beste Wahl für jeden Bearbeitungsvorgang. Nutzlast, Zykluszeit, Werkstückvariationen, Maschinenlayout und Sicherheitsanforderungen beeinflussen alle, ob kollaborative Automatisierung kommerziell sinnvoll ist.

Viele Werkzeugmaschinen bearbeiten verschiedene Komponenten in kleinen oder mittleren Produktionschargen. Häufige Umrüstungen können dedizierte Automatisierungssysteme schwer zu rechtfertigen machen.

Kollaborative Roboter bieten mehrere potenzielle Vorteile:

• Flexible Bereitstellung: Ein geeigneter Cobot kann je nach Produktionsanforderungen für verschiedene Aufgaben konfiguriert werden.

• Kompakte Installation: Einige Systeme passen in bestehende Arbeitsbereiche mit begrenztem Platzangebot.

• Vereinfachte Programmierung: Benutzerfreundliche Programmierschnittstellen können Bedienern helfen, repetitive Bewegungen einzurichten und Aufträge zu wechseln.

• Wiederholbare Handhabung: Roboter können während der Produktion konsistente Lade- und Entladeabläufe durchführen.

• Schrittweise Automatisierung: Hersteller können mit einer Maschine beginnen und das System erweitern, nachdem die Ergebnisse validiert wurden.

Diese Vorteile sind besonders relevant für kleine und mittelständische Hersteller, die ausgewählte Vorgänge automatisieren möchten, bevor sie in eine größere Produktionslinie investieren.

Die CNC-Maschinenbeladung ist eine der praktischsten Anwendungen für kollaborative Roboter. Ein Cobot kann eine Rohkomponente aufnehmen, sie in eine Maschinenaufnahme laden, das fertige Teil entnehmen und es in einem bestimmten Bereich ablegen.

Dies reduziert die repetitive manuelle Handhabung und kann dazu beitragen, Bearbeitungsanlagen produktiv zu halten, wenn Bediener mit anderen Aufgaben beschäftigt sind.

Ein komplettes System kann einen kollaborativen Roboter, einen elektrischen oder pneumatischen Greifer, Maschinensteuerelemente, Teiletrays und Sicherheitsvorrichtungen umfassen. Die Betriebssequenz des Roboters muss mit der CNC-Maschine koordiniert werden, um ein Laden vor Abschluss des Bearbeitungszyklus zu verhindern.

Cobots können Komponenten zwischen Bearbeitungs-, Inspektions-, Reinigungs- und Verpackungsstationen transportieren. Dies ist nützlich, wenn die Produktion mehrere kurze Vorgänge anstelle einer kontinuierlichen automatisierten Linie beinhaltet.

Die Hauptüberlegung ist, ob der Roboter alle erforderlichen Stationen erreichen kann und gleichzeitig die Anforderung an die Transferzeit erfüllt.

Ein Cobot kann Teile für die Inspektion positionieren oder repetitive Montagevorgänge wie Schrauben und Komponentenplatzierung durchführen. Die erforderlichen Werkzeuge, Positioniergenauigkeit und Prozesskräfte sollten vor der Auswahl des Roboters überprüft werden.

Für Anwendungen mit schweren Komponenten, hohen Kräften oder anspruchsvollen Zykluszeiten kann ein konventioneller Industrieroboter besser geeignet sein.

Die Entscheidung hängt vom Produktionsprozess ab und nicht allein von der Roboterklasse.

Ein kollaborativer Roboter kann geeignet sein, wenn:

• Die Werkstatt häufige Produktwechsel durchführt.

• Die Teilegewichte innerhalb der Nennkapazität des Roboters liegen.

• Die erforderliche Zykluszeit mit den Betriebsgrenzen des Cobots kompatibel ist.

• Flexible Bereitstellung und einfache Programmierung wichtig sind.

• Bediener Zugang zu nahegelegenen Arbeitsstationen benötigen.

Ein konventioneller Industrieroboter kann vorzuziehen sein, wenn:

• Die Produktion einen sehr hohen Durchsatz erfordert.

• Das Werkstück oder Werkzeug schwer ist.

• Der Prozess hohe Kräfte oder anspruchsvolle Bewegungsanforderungen beinhaltet.

• Eine dedizierte, hochvolumige Produktionszelle gerechtfertigt ist.

• Die Prozessgefahren eine geschützte Industrieroboterzelle geeigneter machen.

Kollaborative Roboter eliminieren nicht automatisch die Notwendigkeit von Schutzvorrichtungen. Die vollständige Anwendung muss einer Risikobewertung unterzogen werden, einschließlich des Roboters, des Greifers, des Werkstücks, der CNC-Maschine, scharfer Kanten, beweglicher Geräte und anderer potenzieller Gefahren.

Bevor Modelle verglichen werden, sollten Werkzeugmaschinen die tatsächlichen Betriebsanforderungen definieren.

Nutzlast: Beinhaltet das Werkstück, den Greifer, Adapter und anderes End-of-Arm-Werkzeug. Überprüfen Sie auch die Handgelenksbelastung und Trägheit, nicht nur das Gesamtgewicht.

Reichweite: Messen Sie den Abstand zwischen Roboterbasis, Maschinenfutter oder Aufnahme und Teileladebereich. Stellen Sie sicher, dass der Roboter jeden Punkt ohne Interferenzen erreichen kann.

Zykluszeit: Berechnen Sie die Zeit für Entladen, Laden, Türöffnung, Spannen und Teiletransport. Die Handhabungssequenz des Cobots muss in den Produktionszyklus passen.

Wiederholgenauigkeit: Überprüfen Sie, ob Roboter und Aufnahme das Teil konsistent für den Bearbeitungsvorgang positionieren können. Wiederholgenauigkeit allein garantiert keine genaue Werkstückpositionierung.

Integration: Bestätigen Sie, wie der Roboter mit der CNC-Maschine kommuniziert, die Tür bedient, Zyklus-End-Signale empfängt und auf Fehler reagiert.

Sicherheit: Bewerten Sie, ob Schutzvorrichtungen, Sicherheitsscanner, Verriegelungen oder andere Schutzmaßnahmen für die gesamte Zelle erforderlich sind.

Hersteller, die kollaborative Maschinenbeladung evaluieren, können die Universal Robots UR-Serie oder AUBO kollaborative Roboter in Betracht ziehen, abhängig von Nutzlast, Reichweite, Installationsplatz und Integrationsanforderungen. Das geeignete Modell sollte anhand des tatsächlichen Werkstücks und des Maschinenlayouts ausgewählt werden und nicht nur anhand der Robotermarke.

End-of-Arm-Werkzeug ist ebenso wichtig. Elektrische Greifer können nützlich sein, wenn programmierbares Greifen erforderlich ist, während pneumatische Greifer für Anwendungen mit etablierter Druckluftinfrastruktur geeignet sein können. Kundenspezifische Finger, Teiletrays und Vorrichtungen können die Handhabungskonsistenz weiter verbessern.

Für ein komplettes Maschinenbeladungsprojekt kann das System auch Maschineninterfaces, Sicherheitsausrüstung, Förderbänder und Inbetriebnahmeunterstützung erfordern. Die gemeinsame Überprüfung dieser Komponenten hilft, Integrationsprobleme vor der Installation zu identifizieren.

Ein Cobot-Projekt sollte anhand des tatsächlichen Produktionsprozesses und der Betriebskosten bewertet werden.

Beginnen Sie damit, die aktuelle Zeit für das Be- und Entladen, die Maschinenleerlaufzeit, die Beteiligung des Bedieners, die Häufigkeit der Umrüstungen und das Produktionsvolumen zu erfassen. Schätzen Sie dann, wie viel dieser Arbeit realistisch automatisiert werden kann.

Die Bewertung sollte den Roboter und das Werkzeug, die Integration, die Sicherheitsausrüstung, die Wartung und die Programmierungsanforderungen umfassen. Sie sollte auch Aufgaben berücksichtigen, die weiterhin die Aufmerksamkeit des Bedieners erfordern, wie Qualitätskontrollen, Nachfüllen und die Bearbeitung von Prozessausnahmen.

Eine Pilotinstallation an einer geeigneten CNC-Maschine kann helfen, die Zykluszeit, Zuverlässigkeit und den Umrüstprozess zu validieren, bevor die Automatisierung auf weitere Maschinen ausgeweitet wird.

Kollaborative Roboter machen in Werkzeugmaschinen praktisch Sinn, wenn Flexibilität, repetitive Handhabung und einfache Bereitstellung wichtiger sind als maximale Produktionsgeschwindigkeit. Die CNC-Maschinenbeladung ist ein guter Ausgangspunkt, insbesondere für Hersteller, die verschiedene Teile und häufige Umrüstungen durchführen.

Die beste Lösung hängt von der gesamten Anwendung ab, einschließlich Roboter, Greifer, CNC-Schnittstelle, Vorrichtungen und Sicherheitsmaßnahmen. Eine klare Bewertung dieser Anforderungen hilft Herstellern zu entscheiden, ob ein Cobot oder ein konventioneller Industrieroboter langfristig mehr Wert bietet.