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Automatisierung und Wälzfräsmaschine - ein Traumpaar in der Produktion

Wenn Automatisierung und Verzahnungsmaschine - optimal abgestimmt - wie Zahnräder ineinandergreifen, dann werden Produktivität und Präzision erzielt, wovon Endkunden nur profi tieren können. Einer solch außergewöhnlichen Herausforderung stellten sich der renommierte Verzahnungsmaschinenhersteller Gleason-Pfauter und der Automationsspezialist EGS Automatisierungstechnik. In dem vorliegenden Anwendungsfall soll eine Wälzfräsmaschine P 90 des Herstellers Gleason, die für den maschineninternen Werkstücktransport mit einem Ladeportal ausgerüstet ist, automatisch mit Werkstücken versorgt werden.
In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass die Rohteile bei vielen Anwendern unsortiert auf Stäben aufgereiht vorliegen. Nach dem Bearbeitungsprozess sollen die Fertigteile positioniert in Werkstückkörbe abgelegt werden, die wiederum aufgestapelt auf Bodenrollern in der Automation bereitgestellt werden. Eine ambitionierte Taktzeit, in die noch ein Prüfprozess zu integrieren ist, komplettiert die anspruchsvolle Aufgabenstellung.
Und das war nun die durchaus komplexe Ausgangssituation, auf die die Spezialisten von Gleason-Pfauter und des Automationsspezialisten EGS bestens vorbereitet und eingestellt sind.
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Automatisierung und Wälzfräsmaschine -
ein Traumpaar in der Produktion
ANWENDUNGSBERICHT
Wenn Automatisierung und Verzahnungsmaschine - optimal
abgestimmt - wie Zahnräder ineinandergreifen, dann werden
Produktivität und Präzision erzielt, wovon Endkunden
nur profi tieren können. Einer solch außergewöhnlichen
Herausforderung stellten sich der renommierte
Verzahnungsmaschinenhersteller Gleason-Pfauter und der
Automationsspezialist EGS Automatisierungstechnik. In dem
vorliegenden Anwendungsfall soll eine Wälzfräsmaschine
P 90 des Herstellers Gleason, die für den maschineninternen
Werkstücktransport mit einem Ladeportal ausgerüstet ist,
automatisch mit Werkstücken versorgt werden.
In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass die Rohteile
bei vielen Anwendern unsortiert auf Stäben aufgereiht
vorliegen. Nach dem Bearbeitungsprozess sollen die Fertigteile
positioniert in Werkstückkörbe abgelegt werden, die wiederum
aufgestapelt auf Bodenrollern in der Automation bereitgestellt
werden. Eine ambitionierte Taktzeit, in die noch ein
Prüfprozess zu integrieren ist, komplettiert die anspruchsvolle
Aufgabenstellung.
Und das war nun die durchaus komplexe Ausgangssituation,
auf die die Spezialisten von Gleason-Pfauter und des
Automationsspezialisten EGS bestens vorbereitet und
eingestellt sind.
Gleason-Pfauter Schweiz mit Sitz in Studen (BE) entstand aus
der Mikron Biel und blickt auf über 100 Jahre Erfahrung im
Bau von Verzahnungsmaschinen zurück. Seit 1997 gehört die
Zweigniederlassung zum Gleason-Konzern mit Hauptsitz in
Rochester (USA), der weltweit rund 2‘400 Mitarbeiter beschäftigt
und als führender Anbieter von intelligenten Lösungen zur
Herstellung von Zahnrädern gilt.
Der Schweizer Sitz ist mit 100 Mitarbeitern das Kompetenzzentrum
für Horizontal-Wälzfräsmaschinen kleiner bis mittlerer
Bauteile sowie ergänzenden Bearbeitungsverfahren wie
das Verzahnungsschleifen, Wälzschälen und kombinierte
Bearbeitungen. Gleason-Pfauter Studen beliefert Unternehmen
aus der Automobil- Luftfahrt- und Zulieferindustrie mit
kundenspezi schen Lösungen zur Herstellung von Verzahnungen
aller Art.
Um den Kunden perfekte Produktions-Lösungen zu bieten,
wird dem projektspezi schen Engineering hohe Bedeutung
eingeräumt und umfasst neben Vertrieb, Einkauf, Montage
und Service ein Viertel der Belegschaft. Wichtiger Bestandteil
des Projektgeschäfts ist eine oftmals kundenspezi sche
Automatisierung, wozu Gleason-Pfauter mit externen
Automatisierungsspezialisten eine enge Zusammenarbeit
p egt. So hat z.B. die EGS Automatisierungstechnik GmbH als
kompetenter Partner einen wesentlichen Anteil an einer äußerst
schnellen, robusten und wirtschaftlichen Lösung zur Herstellung
von Planetenrädern für Automatikgetriebe.
Die EGS Automatisierungstechnik GmbH mit Sitz in
Donaueschingen verfügt über rund zwei Jahrzehnte Erfahrung in
der industriellen Automatisierungstechnik, davon mehr als ein
Jahrzehnt im Einsatz von industrieller Robotertechnik. In diesem
Zeitraum wurden Vorgänge und Prozesse in unterschiedlichsten
Industriebranchen und Anwendungen erfolgreich automatisiert
und mehrere hundert Roboter verbaut, vom 4achsigen Scara-
Roboter, über den 6-Achs-Knickarm-Roboter bis zum 7achsigen
Knickarm-Roboter und dem 15achsigen Dual-Arm-Roboter.
Umfassende und langjährige Erfahrungen in den Technologien
und Prozessen, die für eine zuverlässige und wirtschaftliche
Automationslösung rund um die Robotertechnik erforderlich sind,
bilden die Basis. Dazu gehören die Sensorik, Bildverarbeitung,
Steuerungstechnik, Greiftechnik, Zuführtechnik, Prüf- und
Messtechnik, Bearbeitungsstationen, Signierstationen und vieles
mehr.
Neben der eingangs beschriebenen Aufgabenstellung war für
den Automatisierungsprozess nur ein sehr knappes Budget
eingeplant. Daher wurde im ersten Ansatz ein Standardsystem
aus der EGS SUMO-Baureihe vorgeschlagen. SUMO steht für
Standardisiert, Universell, Minimaler Platzbedarf und Optimiert.
In dem Palettiersystem SUMO Ecoplex2 sollten die kundenseitigen
Bodenroller mit den gestapelten Werkstückkörben bestückt
und gestapelt werden. Dazu war jedoch eine Modikation des
Systems erforderlich, da der SUMO Ecoplex normalerweise eigene
Werkstückträger-Wagen verwendet.
Mit einigen pfgen Modikationen des Standardsystems wurde
dies für die Aufnahme der kundeneigenen Bodenroller vorbereitet.
Während die EGS-eigenen Wagen das Palettiersystem mit
ihrer Rückwand abschließen, musste für die Verwendung der
Kundenrollwagen noch ein Schutzsystem entwickelt werden.
Der Ecoplex wurde mit Schutztüren und entsprechenden
Sicherheitseinrichtungen ausgerüstet.
Damit war eine Teilaufgabe erfüllt: die Fertigteile in die
kundeneigenen Werkstückkörbe positioniert abzulegen und diese
für die Weiterverarbeitung auf den Bodenroller zu palettieren.
Die zweite und ebenso große Herausforderung war die
positionierte Bereitstellung der unbearbeiteten Werkstücke, die
von den Bedienern durch Abschieben von den Transportstäben
zugeführt werden, damit das System mit möglichst wenig Personal
und zudem über einen längeren Zeitraum autonom arbeiten kann.
Gleichzeitig muss die Werkstückzufuhr schnell und einfach auf
Werkstücke unterschiedlicher Durchmesser umrüstbar sein.
Alle diese Anforderungen erfüllt der SUMO Flexiplex, ein
weiteres Standardautomationssystem von EGS. Mehrbahnig
werden die unbearbeiteten Werkstücke zugeführt. Die Breite
der Zuführbahnen ist einfach manuell über eine zentrale
Handverstellung für alle Bahnen gleichzeitig auf den jeweiligen
Werkstückdurchmesser einstellbar.
Das Ergebnis aller Überlegungen war also eine Automationslösung,
die aus dem Zusammenführen zweier bereits vorhandener
Standardlösungen besteht und zwar: Für die Werkstückzufuhr
der exible und schnell umrüstbare SUMO Flexiplex und für
die Werkstückspeicherung und Palettierung der kompakte und
bewährte SUMO Ecoplex.
Für die gesamte Werkstückhandhabung in der Automation wurde
ein 6achsiger Industrieroboter eingeplant. Im aktuellen Fall kam
der brandneue und sehr schnelle Kuka KR6 R900 sixx zum Einsatz.
Mit seiner Reichweite von 901mm bei 6kg Traglast und einer
Wiederholgenauigkeit von +/-0,03mm ideal geeignet für diese
anspruchsvolle Aufgabe, insbesondere im Hinblick auf die äußerst
kurze Taktzeit.
Im automatisierten Fertigungsablauf werden die Werkstücke von
den Transportstäben durch den Bediener auf die Zuführbahnen
des Systems geschoben. Das Zuführsystem bietet je nach
Bearbeitungszeit eine Autonomie von mehreren Stunden. Der
Roboter entnimmt ein Rohteil aus der Zuführung und legt es in
eine integrierte Prüfstation ein, in der die korrekte Lage, der
korrekte Teiletyp und die Teile auf Wiederverzahnung überprüft
werden, bevor das Werkstück auf einer Übergabestation dem
Bearbeitungsprozess zugeführt wird.
Aus dieser Übergabestation entnimmt der Maschinen-Lader
das neue Rohteil, nachdem er zuvor das letzte Fertigteil darin
abgelegt hat und bringt das neue Rohteil in die Gleason P 90
Wälzfräsmaschine. Der Maschinen-Lader besteht aus einem
Ladeportal mit integrierter NC-Rotationsachse, die mit
Doppelgreifer bestückt ist.
In der Maschine werden die Planetenräder auf einem
selbstzentrierendem Spannsystem aufgenommen und mit
Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 600 m/min verzahnt und
gleichzeitig mit einer Scheibe entgratet. Das Verzahnungsfräsen
geschieht mittels Wälzfräsprozess. Dies ist ein kontinuierlicher
Fräsprozess, der dank genauester Synchronisierung von
Werkzeug- Werkstück- und Vorschubachse alle Zähne mit
Evolventen-Prol in einem Durchgang generiert.
Die GLEASON P 90 ist eine CNC-Wälzfräsmaschine mit
direktangetriebenen Spindeln, die mittels Werkzeug-Drehzahlen
von bis zu 12‘000 min-1 sowie grosser Steigkeit auch bei
höchsten Schnittgeschwindigkeiten und Vorschüben einwandfreie
Qualität erzielt. Bei dieser Anwendung ist der Fräsprozess
trocken ausgelegt, die Maschine könnte aber auch nass, d.h. mit
Schneideöl, konguriert werden.
Dank eingespielter Zusammenarbeit von hochdynamischen
Maschinenachsen, Ladeeinheit und Roboter ist es möglich, eine
gesamte Zykluszeit (Boden-Bodenzeit) von lediglich 7.5 Sekunden
zu erreichen. Dies setzt neue Maßstäbe und entspricht einer in
diesem Anwendungsbereich noch nie erreichten Produktivität.
Nach dem Bearbeitungsvorgang legt der Roboter das Fertigteil an
eine freie Position im Fertigteilkorb ab. Die Fertigteilkörbe werden
der Automation leer - auf Bodenrollern gestapelt- zugeführt. Im
Palettiersystem wird der jeweils oberste Korb ausgehoben und in
die Bestückungsposition gebracht. Wenn ein Korb mit Fertigteilen
gefüllt ist, wird er auf dem Fertigteil-Bodenroller, der ebenfalls
zuvor in das Palettiersystem eingeschoben wurde abgesetzt.
Nachdem alle leeren Werkstückkörbe befüllt sind und auf dem
zweiten Bodenroller abgestapelt sind, kann ein Bediener diesen
entnehmen und das System mit neuen Leerkörben bestücken.
Dies geschieht ohne Unterbrechung des Fertigungsablaufes
taktzeitneutral.
Das Automationssystem ist dabei extrem kompakt aufgebaut,
die gesamte Zelle kommt mit weniger als vier Quadratmeter
Stelläche aus. Die Schnittstelle zwischen Automation und
Bearbeitungsmaschine ist auf Basis einer Probusanbindung
realisiert. In Zusammenarbeit von Maschinenhersteller und
Automatisierer wurde das Bedienkonzept des Gesamtsystems
optimal auf die Bedieneranforderungen abgestimmt. Kurze
Rüstzeiten des Automationssystems erlauben eine Umrüstung der
gesamten Anlage mit nur wenigen Handgriffen.
Dieses Kooperationsprojekt hat aus Sicht von Gleason ein
exzellentes Gesamtergebnis möglich gemacht. Durch kompakte
Bauweise und einfache Handhabung, gepaart mit höchster
Produktivität und Präzision, stellt die Anlage eine ausgesprochen
wirtschaftliche und attraktive Lösung dar, die dank bewährter
deutsch-schweizerischer Zusammenarbeit termingerecht und
rundum perfekt dem Endkunden übergeben werden konnte.
Text: Raymond Graf, Heiko Röhrig
Kontaktdaten Gleason-Pfauter Maschinenfabrik GmbH
(Zweigniederlassung Studen): +41 32 366 61 71,
www.gleason.com, sales@gleason.com
EGS Automatisierungstechnik GmbH
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EGS/072013