Robotcel laadt diepgatboormachine

De LoadAssistants van HALTER CNC Automation zijn gestandaardiseerde en daardoor eenvoudig te installeren robotcellen voor het automatisch laden en ontladen van CNC-draaibanken en -freesmachines. De specialist in opspantechniek OTT-JAKOB heeft bovendien ervaren dat deze oplossingen ook zeer toepassingsgericht kunnen worden ontworpen, zoals het gebruik op een diepgatboormachine laat zien.

OTT-JAKOB Spanntechnik GmbH, gevestigd in Lengenwang (Allgäu - D) is met ongeveer 250 medewerkers een wereldwijd toonaangevende ontwikkelaar en producent van automatische gereedschapspantechniek. Met het modulaire totaalprogramma van OTT-JAKOB zijn al enkele duizenden gereedschapspansystemen voor holle-asconussen en steilconussen gebouwd. Als producent van complete gereedschapspansystemen houdt OTT-JAKOB zich ook bezig met de ontwikkeling en integratie van intelligente bewakingssystemen. "Wij zijn in principe vertegenwoordigd bij alle bekende machinefabrikanten", zegt Florian Hartmann, teamleider serieproductie bij OTT-JAKOB Spanntechnik.

Diepgatboren met zeer grote werkstukvariatie
Bij de productie van zijn opspansystemen verwerkt OTT-JAKOB op een productieoppervlak van ongeveer 7.000 vierkante meter voornamelijk hooggelegeerd staal en in mindere mate ook aluminium en non-ferrometalen. "Ongeveer 80 procent van onze tweeassige draaibanken zijn uitgerust met staafladers. En als we kansen en mogelijkheden zien, automatiseren we andere bestaande machines", aldus Hartmann.

Een goed voorbeeld hiervan is een TBT ML250 diepgatboormachine voor de productie van trekstangen en trekstangverbindingen. "Hiervoor worden telkens vier assen tegelijk geboord, waardoor je later de koelmedia door de gereedschapsspil leidt", legt Florian Hartmann uit. De afmetingen van de op de machine bewerkte werkstukken zijn zeer verschillend. "Voor het grootste deel hebben de assen diameters van 20 mm tot 50 mm en lengtes tussen 75 mm en 550 mm. Binnen deze bereiken is vrijwel elke asafmeting mogelijk", benadrukt de teamleider.

Permanente integratie in het productieproces
Tot nu toe werd de machine gebruikt voor productie in twee ploegen, waarbij één medewerker, die zich ook met andere installaties bezighield, de TBT ML250 handmatig van onbewerkte onderdelen voorzag en de voltooide onderdelen verwijderde. Met bewerkingstijden van 3 tot ongeveer 30 minuten, afhankelijk van de boordiameter en de lengte van het werkstuk, waren de medewerkers in zekere zin permanent bij het productieproces betrokken. "Dit was een van de redenen om de diepgatboormachine te automatiseren. Hoewel er alternatieve aanbiedingen van concurrenten op de markt waren, heeft het HALTER-concept ons overtuigd.

Omdat we al enige tijd gestandaardiseerde robotcellen van HALTER CNC Automation gebruiken op twee CNC-draaibanken, namelijk een LoadAssistant Universal Compact 12 en een LoadAssistant Universal Premium 35, en daar positieve ervaringen mee hebben opgedaan, hebben we het bedrijf om een oplossing gevraagd."

Dit resulteerde uiteindelijk in een project dat wat betreft de flexibiliteit van de robotcel, een Halter LoadAssistant Universal Premium 35, bij het laden en ontladen van de diepgatboormachine enkele bijzondere kenmerken bezit.

Gemodificeerde robotcel met aangepaste kinematica
In tegenstelling tot de standaardoplossingen van HALTER CNC Automation laadt de speciaal ontworpen robotcel de machine in dit geval niet met één, maar met vier onbewerkte onderdelen. Hiervoor moet de robot de assen in zowel axiale als radiale richting bedienen. "Daarom is onder andere de programmering van alle bewegingssequenties en daarmee de gehele robotkinematica aangepast en werd er vóór de machine een grijpstation geïnstalleerd", vertelt Florian Hartmann.

De robotarm zelf beschikt bovendien over een dubbele grijper met werkstukspecifieke grijpervingers die eveneens zijn aangepast aan de te hanteren asdiameters.

Ook geschikt voor langere assen
Als materiaalbuffer beschikt de robotcel over een standaard-rasterplaat voor assen met een diameter van 20 mm tot 35 mm en lengtes van 75 mm tot 250 mm, die in totaal 176 werkstukken kan bevatten. Daarnaast is een speciale rasterplaat voor asdiameters van 35 mm tot 50 mm met een capaciteit van 88 werkstukken ontwikkeld, waardoor de LoadAssistant Universal Premium 35, in afwijking van de standaarduitvoering, nu onderdelen met een lengte tot 550 mm kan transporteren.

Hogere procesbetrouwbaarheid door positiecontrole
De robotcel is in maart 2023 voor het eerst in gebruik genomen. "We waren ons er goed van bewust dat zowel HALTER CNC Automation als wij ons met deze oplossing op nieuw terrein begaven, zodat we tijdens de lopende productie verdere optimalisaties moesten doorvoeren", aldus Florian Hartmann.

In een continue cyclus bereidt de robot het laden van de reeds draaiende machine voor op de bewerking van in totaal vier assen door telkens één onbewerkt onderdeel uit de werkstukbuffer te verwijderen en in het grijpstation te plaatsen. Zodra de productie van vier assen is voltooid, verwijdert de robot een voltooid onderdeel met één zijde van de dubbele grijper. Daarbij controleert deze eerst de positie van het onderdeel in de machine en meet zo nodig opnieuw de lengte van de as via een in de cel geïntegreerde sensor om een mogelijke botsing bij het neerleggen van het onderdeel in het grijpstation te voorkomen. Florian Hartmann legt uit: "Door het meeslepen van afzonderlijke onderdelen bij het verlaten van de klempositie in de diepgatboormachine kan het soms gebeuren dat een as zich na het loslaten van de conus niet in de voor de robotgrijper bedoelde positie bevindt. Daarom heeft HALTER CNC Automation de sensor in de robotcel geïntegreerd."

Aan de bewerkingstijd parallel verlopende voorbereiding van de productie
Na controle van de positie van het onderdeel plaatst de robot het voltooide onderdeel in het grijpstation, pakt een nieuw onbewerkt onderdeel en laadt de machine om vervolgens een ander voltooid onderdeel te verwijderen. Dit gebeurt in totaal vier keer. Alle bewegingssequenties tussen de werkstukbuffer en het grijpstation na het laden en ontladen vinden parallel aan de bewerkingstijd plaats en beïnvloeden daarom de productiviteit van de diepgatboormachine niet. Zodra de werkstukbuffer is afgewerkt, wordt deze automatisch gedraaid, zodat nieuwe onbewerkte onderdelen onmiddellijk beschikbaar zijn voor de productie. Intussen kunnen de voltooide onderdelen uit de achterkant van de cel worden verwijderd en kan de materiaalbuffer met nieuwe onbewerkte onderdelen worden geladen.

Aanzienlijke verlichting met toenemende productiviteit
"De gemiddelde cyclustijd voor het volledig laden en ontladen van de machine bedraagt momenteel ongeveer 3,5 minuten. Maar we werken eraan om deze tijd nog verder terug te brengen", vertelt Florian Hartmann. De robotcel vermindert de werkdruk van de medewerkers in de dagploeg al aanzienlijk, omdat zij grotendeels onafhankelijk van de bewerkingstijden van de machine aandacht kunnen besteden aan de achterste werkstukbuffer van de LoadAssistant om voltooide onderdelen te verwijderen of nieuwe onbewerkte onderdelen in te brengen.

"Met de robotcel kunnen we bij overeenkomstige batchgroottes de diepgatboormachine ongeveer acht uur lang automatisch laten produceren, dus een volledige dienst. Bij een voldoende aantal stuks kan het ook voorkomen dat de machine ook nog een derde onbemande dienst draait om een lopende order volledig te verwerken", aldus Florian Hartmann, die het huidige potentieel van de automatiseringsoplossing beschrijft.