Eenvoudige automatisering van zeer nauwkeurige productie

Een zeer gespecialiseerde loonproducent als Frank Verzahnungstechnik e.K. moet goede redenen hebben om in een paar jaar tijd meerdere keren te kiezen voor een robotcel van Halter CNC Automation. Een ervaringsverslag van een goed doordachte strategie.

Frank Verzahnungstechnik e.K., gevestigd in Wehr (Baden-Württemberg), ongeveer 30 kilometer ten oosten van Basel, is een expert in de productie van zeer nauwkeurige tandwielen voor complexe aandrijftechnieken. “Met 20 werknemers produceren we tandwielonderdelen zoals tandwielen, rondselassen en wormen voor de algemene machinebouw,” legt eigenaar Martin Frank uit. Het scala aan industrieën waarvoor het bedrijf produceert is navenant divers: bijvoorbeeld de verpakkingsindustrie, de hydraulische industrie, robotica en handlingtechnologie, cleanroom- en vacuümtechnologie, medische technologie of de voedingsmiddelenindustrie, om er maar een paar te noemen.

Extreem hoge mate van verticale integratie
De producten worden zonder uitzondering volgens klantspecificaties vervaardigd. Volgens Martin Frank is de mate van verticale integratie daarom uitzonderlijk hoog: “Onze dienstverlening bestrijkt het volledige traject – van de inkoop van grondstoffen, via alle bewerkingsstappen inclusief de meest complexe slijpprocessen, tot en met het eindproduct.

We produceren zowel losse onderdelen als kleine series vanaf bijvoorbeeld 5 stuks tot grotere series tot wel 5.000 stuks. Omdat we in principe altijd klant- of productspecifieke maatwerkoplossingen maken, zijn we allesbehalve een klassieke massaproducent. Daarom hebben we een zeer gevarieerde productie, waarin je bijvoorbeeld maar weinig identieke machines zult aantreffen.”t.“

Gezien de te produceren seriegroottes is de hoge mate van automatisering een bijzonder sterke kant van Frank Verzahnungstechnik. “Vanaf een serie van 50 stuks wordt er al geautomatiseerd geproduceerd. Daardoor kunnen we zelfs bij relatief kleine series zeer flexibel en snel reageren, en bovendien uiterst kostenefficiënt produceren. In vergelijking met andere toeleveranciers is dat zonder twijfel een duidelijk concurrentievoordeel,” aldus Martin Frank.

Geautomatiseerde productie van grotere werkstukken
En een belangrijke reden waarom het bedrijf in 2017 voor het eerst investeerde in een robotcel van het type TurnStacker Premium van Halter CNC Automation voor het geautomatiseerd laden en lossen van een draaimachine.

Hoewel er bij Frank Verzahnungstechnik al oplossingen voor gedeeltelijke automatiseringen waren, bijvoorbeeld met staafladers op draaimachines, gingen de te bewerken werkstukdimensies echter ver voorbij de klassieke staafautomatisering, die doorgaans slechts tot een diameter van ongeveer 60 mm tot 65 mm reikt. Daarom werden series met grotere aantallen en werkstukdiameters tot 210 mm op verticale draaimachines bijvoorbeeld geproduceerd met behulp van indexeertafels met een beperkte werkstukcapaciteit.

Overtuigend robotica-concept
"Hiermee is bovendien slechts een bewerking aan één zijde mogelijk. We wilden echter vooral de geautomatiseerde bewerking van beide zijden in de draaierij versnellen. Bij grotere onderdelen kan dit ofwel worden gerealiseerd met een wisselstation en twee machines, of met een robot die een horizontale draaimachine laadt. In ons geval was dit een CTX beta 800 van DMG Mori, die over een hoofd- en tegenas beschikt met identieke vermogensspecificaties. Daardoor kunnen we relatief zware draaioperaties aan beide zijden van het werkstuk uitvoeren, wat voor de bewerking van onze grotere onderdelen absoluut noodzakelijk is," legt Martin Frank uit, die de TurnStacker Premium voor het eerst op een beurs zag. Het concept van de robotcel kon overtuigen. "Met name de stapelstations voor rondsymmetrische onderdelen kwamen mij destijds het flexibelst en meest zinvol voor voor onze onderdelen, wat achteraf absoluut de juiste keuze bleek te zijn."

Hoge werkstukcapaciteit op een klein oppervlak
Der TurnStacker Premium bietet als äußerst kompakte Roboterzelle auf kleiner Fläche eine besonders hohe Werkstückkapazität und ist für Teile bis zu einem Durchmesser von 230 mm ausgelegt. Das Automatisierungskonzept ist nicht zuletzt mit Blick auf die Bediener der Zelle sehr einfach und erschließt sich daher im Grunde sofort.

De draaibare werkstukbuffer beschikt over in totaal 12 verstelbare stapelstations. Bij de start van de productie zijn 11 stations gevuld met ruwe onderdelen, terwijl het laatste station is gereserveerd voor het afleggen van de eerste afgewerkte onderdelen.

Heftafelsystemen vergemakkelijken het hanteren van onderdelen
Een bijzonder kenmerk van de robotcel zijn twee hefinstallaties die worden bewaakt door lasersensoren op een specifieke opname- en aflegpositie van de werkstukbuffer. Op de opnamepositie worden de ruwe onderdelen door de hefinstallatie zo gepositioneerd dat de robot met zijn grijper het bovenste werkstuk kan pakken. Voor het afleggen van de bewerkte onderdelen in het daarvoor bestemde stapelstation, laat de hefinstallatie op de aflegpositie de afgewerkte onderdelen zakken totdat het station volledig is gevuld met onderdelen.

Voor het hanteren van de werkstukken gebruikt de robot een dubbele grijper, zodat hij een afgewerkt onderdeel uit de machine kan halen en de machine vervolgens onmiddellijk kan voorzien van een ruw onderdeel. Terwijl de robot de machine continu laadt en ontlaadt, kan een operator parallel aan de hoofdwerktijd aan de veilige achterkant van de cel de afgewerkte onderdelen verwijderen en de werkstukbuffer voorzien van nieuwe ruwe onderdelen.

Proceszekerheid is het hoogste gebod
Frank Verzahnungstechnik bewerkt met behulp van automatisering werkstukken tot een diameter van 200 mm en een hoogte van 40 mm. Bij kleinere diameters kan de werkstukhoogte echter ook 80 tot 90 mm bedragen. Volgens Martin Frank veranderen de afmetingen van de werkstukken elke twee tot drie dagen, waardoor de cel dienovereenkomstig moet worden omgebouwd, maar dit kost doorgaans slechts weinig tijd.

Er wordt in twee ploegen gewerkt. De dagploegen zijn vooral gereserveerd voor de productie van complexere onderdelen, waarbij de robot, afhankelijk van het werkstuk en de seriegrootte (die variëren van honderd tot enkele duizenden stuks), soms tot twee uur zelfstandig de draaimachine kan laden en ontladen.
"De materialen van onze tandwielonderdelen zijn meestal zeer abrasief.

Daarom moet het productieproces cyclisch door een medewerker worden gecontroleerd, bijvoorbeeld om tijdig een snijplaat te verwisselen of een maat aan te passen. Zeker, elke machinefabrikant heeft zelf bewakingsconcepten, bijvoorbeeld voor gereedschapstandtijden of voor gereedschapsbreuken, enz. Dit zijn standaardprocessen die bij ons natuurlijk ook plaatsvinden. We bevinden ons echter in een kwaliteitsomgeving met zeer hoge eisen, waarin de loutere bewaking van slijtagelimieten niet voldoende is, en precies hier komen onze medewerkers in beeld voor de procescontrole.".“

De productie van eenvoudigere componenten verplaatst Frank Verzahnungstechnik daarom bewust naar een derde, manloze shift. Hiervoor worden aan het einde van de tweede shift de machine en de TurnStacker Premium klaargemaakt voor volledig geautomatiseerde productie gedurende de hele nacht.

Opnieuw gekozen voor een beproefde oplossing
Ongeveer een jaar geleden breidde Frank Verzahnungstechnik de productiecapaciteit in de draaierij verder uit, onder andere door modernisering met een CLX 450 V6 draaimachine van DMG Mori, eveneens uitgerust met een hoofd- en tegenspindel.

Vanwege de uiterst positieve ervaringen met de eerste robotcel van Halter CNC Automation, stond van tevoren al vast dat ook deze machine geautomatiseerd zou worden met een TurnStacker Premium..

„“De nieuwe machine biedt ons samen met de robotcel dezelfde mogelijkheden als het systeem dat we al sinds 2017 gebruiken. We creëren daarmee op verschillende niveaus een zekere redundantie, omdat we met beide oplossingen hetzelfde productieconcept volgen en dus dezelfde onderdelen kunnen vervaardigen. Hierdoor is onze flexibiliteit in de draaionderdelenproductie opnieuw aanzienlijk toegenomen, waardoor we nu in staat zijn om onze productiecapaciteit optimaal af te stemmen op de wensen van onze klanten en nog sneller te kunnen reageren,” aldus het slotwoord van Martin Frank.

Bekijk de video