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Wälzfräsmaschine in der Automatisierung – Traumpaar der Produktion


Bedienerseite der  Gesamtanlage. Die Maschinentüre ist für Rüstvorgänge voll zugänglich, die automatische Beladung erfolgt seitlich der Maschine.

Bedienerseite der Gesamtanlage. Die Maschinentüre ist für Rüstvorgänge voll zugänglich, die automatische Beladung erfolgt seitlich der Maschine.

Ein Anwendungsbericht der EGS Automatisierungstechnik und Gleason-Pfauter.

Wenn Automatisierung und Verzahnungsmaschine wie Zahnräder ineinandergreifen, dann werden Produktivität und Präzision erzielt, wovon Endkunden nur profitieren können. Einer solch außergewöhnlichen Herausforderung stellen sich der renommierte Verzahnungsmaschinenhersteller Gleason-Pfauter und der Automations-spezialist 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.

Von Bedeutung ist, 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. Weitere Aufgabenstellung ist die ambitionierte Taktzeit, in die noch ein Prüfprozess zu integrieren ist.

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

Neben der beschriebenen Aufgabenstellung ist für den Automatisierungsprozess nur ein sehr knappes Budget eingeplant. Daher wird 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 sollen die kundenseitigen Bodenroller mit den gestapelten Werkstückkörben bestückt und gestapelt werden. Dazu ist jedoch eine Modifikation des Systems erforderlich, da der SUMO Ecoplex normalerweise eigene Werkstückträger-Wagen verwendet.
Mit einigen pfiffigen Modifikationen des Standardsystems wird dies für die Aufnahme der kundeneigenen Bodenroller vorbereitet.
Während die EGS-eigenen Wagen das Palettiersystem mit ihrer Rückwand abschließen, muss für die Verwendung der Kundenrollwagen noch ein Schutzsystem entwickelt werden. Der Ecoplex wird mit Schutztüren und entsprechenden Sicherheitseinrichtungen ausgerüstet.
Damit ist die Teilaufgabe Fertigteile in die kundeneigenen Werkstückkörbe positioniert abzulegen und diese für die Weiterverarbeitung auf den Bodenroller zu palettieren erfüllt.

Die zweite und ebenso große Herausforderung ist die positionierte Bereitstellung der unbearbeiteten Werkstücke, die von den Bedienern durch Abschieben von den Transportstäben zugeführt werden. Das System soll dadurch mit möglichst wenig Personal und über einen längeren Zeitraum autonom arbeiten können.
Gleichzeitig muss die Werkstückzufuhr schnell und einfach auf Werkstücke unterschiedlicher Durchmesser umrüstbar sein. Diese Anforderungen erfüllt der SUMO Flexiplex 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.

Aus dem Zusammenführen zweier bereits vorhandener Standardlösungen entsteht die Automatisierungslösung für die Werkstückzufuhr: Der flexible und schnell umrüstbare SUMO Flexiplex und für die Werkstückspeicherung und Palettierung der kompakte und bewährte SUMO Ecoplex.

Die gesamte Werkstückhandhabung in der Automation soll ein 6-achsiger Industrieroboter durchführen. Der brandneue und sehr schnelle Kuka KR6 R900 sixx wird zum Einsatz gebracht. Er ist mit seiner Reichweite von 901 mm bei 6 kg Traglast und einer Wiederholgenauigkeit von +/-0,03 mm ideal geeignet für diese anspruchsvolle Aufgabe.

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-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 (mit Schneideöl) konfiguriert werden.
Durch eingespielte Zusammenarbeit von hochdynamischen Maschinenachsen, Ladeeinheit und Roboter ist es möglich, eine gesamte Zykluszeit (Boden-Bodenzeit) von lediglich 7.5 Sekunden zu erreichen.
Hier werden neue Maßstäbe gesetzt, für eine 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 und 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 zuvor eingeschobenen Fertigteil-Bodenroller 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.

Gleason-Pfauter lobt dieses Kooperationsprojekt als exzellentes Gesamtergebnis. Durch kompakte Bauweise und einfache Handhabung, gepaart mit höchster Produktivität und Präzision, stelle die Anlage eine ausgesprochen wirtschaftliche und attraktive Lösung dar.

Info:
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 Kompetenz-Zentrum 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 kundenspezifischen Lösungen zur Herstellung von Verzahnungen aller Art.
Gleason arbeitet nach dem Umweltmanagementsystem ISO 14001.

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 4-achsigen Scara-Roboter, über den 6-Achs-Knickarm-Roboter bis zum 7-achsigen Knickarm-Roboter und dem 15-achsigen 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.

16.-21. September 2013
Messe Hannover, Halle 26, Stand A43
EMO-Die Welt der Metallbearbeitung
am Stand von Gleason

Kontakt:
Gleason-Pfauter Maschinenfabrik GmbH (Zweigniederlassung Studen)
+41 32 366 61 71
www.gleason.com
sales@gleason.com

EGS Automatisierungtechnik GmbH
+49 771 1859080 0
www.egsautomatisierung.de
vertrieb@egsgmbh.de

Über SKR

mit der Automation verbunden seit 2007

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