Automatisierung und Wälzfräsmaschine - ein Traumpaar in der Produktion, Überblick



Beschreibung

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 kundenspezifi schen Lösungen zur Herstellung von Verzahnungen aller Art.

Um den Kunden perfekte Produktions-Lösungen zu bieten, wird dem projektspezifi schen Engineering hohe Bedeutung eingeräumt  und umfasst neben Vertrieb, Einkauf, Montage und Service ein Viertel der Belegschaft. Wichtiger Bestandteil des Projektgeschäfts ist eine oftmals kundenspezifi sche Automatisierung, wozu Gleason-Pfauter mit externen Automatisierungsspezialisten eine enge Zusammenarbeit pfl 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

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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 Modifikation des Systems erforderlich, da der SUMO Ecoplex normalerweise eigene Werkstückträger-Wagen verwendet.Mit einigen pfiffigen Modifikationen 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 flexible 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

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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-Profil 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 Steifigkeit 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, konfiguriert 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
Stellfläche aus. Die Schnittstelle zwischen Automation und
Bearbeitungsmaschine ist auf Basis einer Profibusanbindung
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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