Bahntreue Roboter als Werkzeugmaschine

Maucher CNC-Robotic GmbH

In Kooperation mit Siemens schickt sich die Maucher CNC-Robotic GmbH an, viele Bereiche der CNC-Fertigung zu revolutionieren. In Bearbeitungszellen übernehmen CNC-gesteuerte Standardroboter Aufgaben wie Kleben, Kletten, Wasserstrahlschneiden, Entgraten, Nieten und andere Tätigkeiten. Die innovativen Roboterzellen bestehen beim Automobilzulieferer Maucher Formenbau seit vielen Monaten ihren Praxistest. Inzwischen bietet Maucher seine zunächst für die eigene Produktion entwickelten CNC-Robotik-Lösungen auch anderen Kunden an. 

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Ein Roboter bearbeitet Werkstücke in mehreren Arbeitsräumen

Der Mitarbeiter der Maucher Formenbau GmbH nimmt das Rohteil des Fahrzeughimmels aus der Presse. Für den Zuschnitt legt er den Fahrzeughimmel auf eine Form, die auf einem Werkstücktisch in einer sonst leer erscheinenden Zelle aufgespannt ist. Die Tür der Zelle schließt sich und der Bediener startet das NC-Programm auf der CNC über ein mobiles Bedienteil. Dann fährt ein Roboterarm von oben in die Zelle. Unter elegant anmutenden Bewegungen von Roboterarm und Werkzeugtisch fährt der Roboter mit einer Düse für das Wasserstrahlschneiden die komplex gewölbte Form und alle Ausschnitte präzise ab. Kaum ist diese Aufgabe beendet, fährt der Roboterarm hoch und senkt sich in eine benachbarte Zelle, in der ein anderer Mitarbeiter ein anderes Formteil zum Zuschnitt eingelegt hat. 

 

Bahngesteuerte, präzise Bearbeitung per Roboter 

Was hier in der Fertigung bei Maucher Formenbau so unspektakulär und alltäglich daherkommt, ist eine kleine Revolution in der Robotik und CNC-Fertigung. „Ich habe selbst viele Jahre in der Entwicklung und Inbetriebnahme von Robotikanwendungen gearbeitet. Lediglich punktgesteuert waren Roboter bisher auf Handling-Aufgaben limitiert. Ein Einsatz in komplexeren oder genaueren Bearbeitungen war ausgeschlossen“, erzählt Dirk Brissé, Geschäftsführer der Maucher CNC-Robotic GmbH. Dann rief ihn sein ehemaliger Kollege Patrick Bartsch an und erzählte ihm, dass er Roboter entwickeln will, die sich in der Bearbeitung nutzen lassen. „Ich winkte instinktiv ab. Aber dann begeisterte mich die Idee und ich sagte ihm am Tag darauf zu“, so Dirk Brissé.

Sinumerik Run MyRobot: eine elektrisierende Idee

Die beiden innovationsfreudigen Partner pilgerten mit ihrer Idee dann zu vielen Roboterherstellern. Doch kaum einer teilte ihre Begeisterung so richtig – wohl auch weil das Robotik-Geschäft boomte und das reine Handling den Herstellern bereits große Umsätze versprach. „Dann wurden wir auf Comau und die Integration in Sinumerik RunMyRobot aufmerksam. Auch hier war das primäre Einsatzfeld das Handling, aber der Comau-Roboter wurde über die CNC gesteuert und so mit der Werkzeugmaschine synchronisiert. Was uns wirklich elektrisierte: Die Siemens-Entwickler hatten die Kinematik des Comau-Roboters in die CNC integriert und etablierten so eine Bahnsteuerung für Roboter. Und: Der Roboter profitiert von allen Vorteilen der Sinumerik 840D sl: digitaler Zwilling, Bearbeitungssimulation, integrierte Sicherheit, Programmierung über CAD/CAM Software und, und, und.“ Für die Programmierung von Bearbeitungsaufgaben ist somit kein Roboterspezialist mehr erforderlich. Künftig können dies die CNC-Fachleute in der Fertigung mit all ihrem Wissen um Fertigungsprozesse und Materialien übernehmen.

Die eigene Fertigung als Testfeld 

Mit ihrer Idee begeisterten die beiden Entwickler dann auch Peter Strittmatter, Geschäftsführer des Automobilzulieferers Maucher Formenbau GmbH: „Unsere Domäne sind Zulieferungen von Himmeln, Matten, Radkästen und Hybridmaterialien für Kleinserien, Luxusmarken und Sonderfahrzeuge wie gepanzerte Limousinen. Hier ist Flexibilität gefragt – bei hoher Qualität. Die Crux dabei: Sondermaschinenbau lohnt sich bei diesen Stückzahlen kaum, mit rein manuellen Prozessen stoßen wir an die Grenzen von Ausbringung, Qualität, Effizienz und auch Ergonomie für unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Die Idee, ebenso flexible wie präzise Roboter in der Bearbeitung einzusetzen und sie wie eine CNC-Maschine programmieren zu können, fand ich extrem spannend.“

 

Kniffelig und kräftezehrend: Klettband passgenau auf weiches Material kleben 

Inzwischen sind aus der Idee fertige Lösungen entstanden, die in der Maucher-Fertigung seit einigen Monaten zuverlässig Dienst tun. Nicht weit entfernt von der Mehrzellenanlage für das Wasserstrahlschneiden, steht eine Zelle, in der über einen Roboter mit Multi-Applikationskopf Kleber und Klettbänder auf die Fahrzeughimmel aufgebracht werden. Über diese werden später die Himmel an der Karosserie befestigt. Über eine Dispenser-Düse am Roboterarm werden zunächst längere Kleber-Bahnen oder einzelne Punkte aufgebracht. Nach jeder Bahn vollzieht der Roboterkopf eine kleine Rotation, fährt die Bahnen und Punkte abermals ab und appliziert von einer großen Rolle am Kopf ein Klettband, drückt dies an und schneidet es zu – perfekt gesteuert über eine Sinumerik 840D sl. 

 

„Diese Arbeit erfordert Präzision und war wegen des erforderlichen Drucks zudem extrem anstrengend für unsere Mitarbeiter. Auch gab es bei Himmeln für Transporter und Kleinbusse auch schlicht Probleme mit der Reichweite der Arme. Jetzt läuft diese Aufgabe automatisiert ab – für eine Vielzahl verschiedener Himmel und Kfz-Typen“, so Peter Strittmattter. 

 

 

Komplettlösungen zu kalkulierbaren Kosten

„Hier liegt ein weiterer Unterschied zu normalen Roboter-Herstellern. Wir starten keine zeitraubenden und riskanten Roboterprojekte, sondern wir bieten Komplettlösungen zu kalkulierbaren Kosten. Wir nutzen die eigene Fertigung als Testfeld, entwickeln eine Prozesslösung und können diese dann mit Standardzelle, Standardroboter, der Steuerung Sinumerik und CE-Zulassung der gesamten Einheit fertig anliefern.“ Wie wichtig Praxiserfahrungen sind, zeigt sich daran, dass die beiden Entwickler erst im praktischen Einsatz auf die Idee kamen, den Roboter nicht in die Zelle, sondern auf einem seitlich angebrachten Gestell über der Zelle zu positionieren. Das spart Platz – sowohl bei der Stellfläche als auch im Arbeitsraum der Maschinen und es lassen sich so ohne großen Aufwand mehrere Zellen über einen Roboter bedienen, um Rüstzeiten besser nutzen zu können. 

 

 

 

Passt komplett montiert auf einen LKW 

Auch die größte Zelle passt so noch komplett auf einen LKW. Der Aufbau der Zellen in der Fertigung erfordert nur wenige Stunden. Selbst bei Anwendungen wie Wasserstrahlschneiden werden Roboter und Zellen nur aufgestellt. Besondere Verankerungen oder Fundamente sind nicht erforderlich. Prozesstechnisch ist die Zelle nach dem Aufbau eine klassische CNC-Werkzeugmaschine. Programme können in der üblichen digitalen Kette mit CAD/CAM-Programmen erstellt und simuliert werden, Werkzeuge und Aufspannungen werden automatisch geprüft - und auch die "Integrated Safety"-Funktionen der Sinumerik greifen. 

 

So weit, so gewohnt. Aber die Roboterzellen eröffnen auch neue Möglichkeiten. So erlauben die acht Achsen neue, effizientere Bearbeitungsstrategien und kürzere Taktzeiten – in einigen Prozessen bis zu 30 Prozent im Vergleich zu klassischen 5-Achs-Maschinen. Roboter und Zellen können je nach Applikationskopf für unterschiedliche Arbeiten eingesetzt werden. Überzeugend auch der Investitionsschutz: „Sollten veränderte Aufträge mal einen Prozess oder eine Maschine obsolet machen, kann ich die Zelle und den Roboter auf andere Prozesse umrüsten“, so Peter Strittmatter.

Und nie brauche ich einen Robotikexperten oder muss meine Leute mit neuen Anwendungen und Programmiersprachen behelligen. Alles ist komplett G-Code, so wie wir es kennen. Programme lassen sich intern, schnell und einfach am CAD/CAM-Arbeitsplatz erstellen oder anpassen – von den Leuten, die das sonst auch tun.
Peter Strittmatter, Geschäftsführer des Automobilzulieferers Maucher Formenbau GmbH

Wie geht es weiter? 

Robotik-Anwendungen für andere Kunden

Auf Basis der Comau-"Run MyRobot"-Implementierung mit Sinumerik 840D sl wird seit einigen Monaten nicht mehr nur für die Maucher-Fertigung, sondern auch für andere Kunden gebaut. Hier stehen Roboterzellen für Anwendungen im Vordergrund, die bei Maucher Formenbau bereits länger laufen. Zeitgleich werden der innovativen CNC-Robotik weitere Anwendungen erschlossen. „Am interessantesten sind für uns derzeit Bearbeitungsaufgaben, die mit geringen Traglasten auskommen. Aktuell testen wir beispielsweise Roboterzellen für Prozesse wie Polieren oder Entgraten – was gerade bei Verbundstoffen eine zunehmend gefragte Anwendung ist und sich auch über Roboter für kleine und mittlere Traglasten realisieren lässt“, erläutert Dirk Brissé. 

 

„Die CNC-Robotik mit Sinumerik und Run MyRobot ist zunächst einmal perfekt, um Roboter an Werkzeugmaschinen mit den Bearbeitungsprozessen zu synchronisieren – ohne dass es hierfür eigene Robotik-Programmierer braucht. Dabei kann der CNC-gesteuerte Roboter neben dem Handling auch Vor- oder Parallelbearbeitungen der Werkstücke durchführen. Dies führt zu einem entsprechenden Mehrwert im Anlagenkonzept und zur Verkürzung der Produktionszeiten. Beispiele wie bei Maucher oder erste Prototypen mit mobilen Robotern in der Flugzeugfertigung machen zudem deutlich, dass die CNC-Robotik auch in der Bearbeitung großes Potenzial hat. Dabei stehen wir erst am Anfang – etwa, was die Entwicklung und Programmierung einer 8-achsigen Bearbeitung angeht. Mich überzeugt die Flexibilität und der schlanke Aufbau der Roboterzellen, wie sie die Maucher CNC-Robotic GmbH auf Basis der Sinumerik 840D sl anbietet – und dass die Programmierung von CNC-Fachleuten in den üblichen, bewährten Prozessen vorgenommen werden kann“, sagt Oliver Freisler, der bei Siemens die Friedrichshafener bei ihren Entwicklungen unterstützt.

CNC-Robotik: Das sind die Vorteile

Die Maucher CNC-Robotic GmbH bietet standardisierte Roboterzellen für Aufgaben wie Wasserstrahlschneiden, Kleben, Kletten oder Entgraten. Die Steuerung von Robotern mit CNCs der Reihe Sinumerik mit  "Run MyRobot" bietet großes Potenzial. Auch erste Flugzeugbauer setzen mobile CNC-gesteuerte Roboter ein. 

 

Die Technologie bietet aus Sicht von OEMs und Lohnfertigern einige grundsätzliche Vorteile:

  • Die Steuerung über die CNC erlaubt eine präzise Bahnsteuerung der Roboter.
  • Je nach Applikationskopf können die Roboter für unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben eingesetzt werden.
  • Die Programmierung der Roboter erfolgt über G-Code und damit sehr effizient über die Tools und Prozesse, die bei Werkzeugmaschinen bereits etabliert sind. Kenntnisse in den meist proprietären Programmierwerkzeugen der einzelnen Roboterhersteller sind nicht erforderlich. Die Prozessintegration erfolgt wie bei einer klassischen Werkzeugmaschine.
  • Mit einer CNC der Steuerungsfamilie Sinumerik werden viele Funktionen integriert, die in der Robotik bisher fremd sind: Verifizierung von Werkzeugen/Werkzeugköpfen, Verifizierung von Werkstücken, Kompensation, integrierte Sicherheit, Kollisionskontrolle, Simulation, digitaler Zwilling und vieles mehr.
  • Bei den Lösungen der Firma Maucher CNC-Robotic GmbH fahren die Roboterarme von seitlich-oben in die Zellen. Das spart Platz und erlaubt es, den Roboter parallel in mehreren Zellen einzusetzen. Die Reichweiten der Roboter von bis zu 310 cm erlauben die Bearbeitung großer Werkstücke. 

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