Automatisierungs-Grundlagen: Einsteigerleitfaden zur Roboterintegration

Roboter gewinnen breite Akzeptanz und Beliebtheit für ihre Materialhandling-Fähigkeiten beim Be- und Entladen von Teilen in und aus Werkzeugmaschinen und anderen Fertigungsanlagen. Wenn ein Betrieb beschließt, einzusteigen und diese Technologie zu implementieren, stehen wichtige Fragen an. Hier untersuchen wir viele Basics: wo man Gelenkarm-Automation kauft und was man vor der Suche wissen sollte.

Roboter

Im Herz des Beladesystems steht der Roboter, und viele Marken, Stile und Optionen sind zu prüfen. Im Wesentlichen behandelt dieser Artikel Gelenkarmroboter, die in Maschinenbeladeszenarien so populär geworden sind. Wenn ein Betrieb solche Ausrüstung kaufen will, muss er sicherstellen, dass sie den Job wie erwartet bewältigt und die Organisation hinter dem Roboter betrachten. Kein Geheimnis, dass Roboter integraler Teil unserer Automobilindustrie sind, die ein großartiges Beispiel für erforderliche hohe Supportlevel liefert. Ein Betrieb sollte Roboter-Marken in Betracht ziehen, die diesen Support nach dem Kauf bieten können.

Verschiedene Roboter sind für verschiedene Umgebungen konzipiert. Für Fertigungsunternehmen ist es wichtig, einen Industrieroboter zu wählen, der für die spänebedeckte, kühlmitteltropfende Umgebung ausgelegt ist, die in unserer Werkzeugmaschinenbeladewelt normal ist – nicht für Labor oder Lebensmittelverarbeitung.

Roboter werden nach Reichweite und Traglast dimensioniert. Die benötigte Reichweite wird am besten vom Zellendesign-Team bestimmt. Sie ist Funktion der Zellengröße in Kombination mit Herkunft der eingehenden Teile, Ablageort der Fertigteile und verfügbarem Zugang zur zu be-/entladenden Maschine.

Traglast ist das Gewicht, das der Roboter heben kann, aber diese Zahl kann irreführend sein. Neben dem Teilegewicht selbst umfasst Traglast alles, was der Roboter heben kann, einschließlich Werkzeugen, Greifern, Adapterplatten, Verlängerungen etc., die am Roboter montiert sind, um Teile zu greifen. Zudem wird dieses Gewicht von einem spezifischen Punkt am Roboterfront gemessen. Je weiter das Gewicht von diesem Punkt entfernt ist, desto weniger Gewicht kann der Roboter handhaben. Als Faustregel: Für die meisten Standard Be-/Entladeanwendungen sollten nur etwa die Hälfte der Traglast auf das Teil entfallen. Für eine definitive Prüfung haben die meisten Roboterfirmen Traglast-Prüfsoftware, um sicherzustellen, dass die Traglast innerhalb der Roboter-Spezifikation liegt.

Ende-Arm-Werkzeug (EAW)

Ende-Arm-Werkzeug (EAW) ist Werkzeug, das am Roboterende montiert wird, um notwendige Aufgaben wie Teilebewegung zu unterstützen. Während diverse Werkzeugarten wie Saugnäpfe und Magnete für Teileaufnahme verfügbar sind, nutzt der Werkstattboden am häufigsten pneumatische Greifer. Wie beim Roboter selbst sind qualitativ hochwertige, für die Arbeitsumgebung geeignete Greifer wichtig.

Die Applikation dictiert Größe und Anzahl von Backen und Greifern. Greifer sind in vielen Konfigurationen verfügbar mit zwei, drei oder vier Backen. Zweibacken-Parallelgreifer sind die Standardgreifer für alles Quadrate, Rechteckige oder leicht zwischen zwei Fingern Aufnehmbare. Dreibackengreifer eignen sich für runde und Sechskantteile, wie ein Dreibackenfutter an einer Drehmaschine. Für runde und Sechskantteile in einem wiederholbaren Array, wie ein Tablett mit Spalten und Reihen, sind vierbackige Greifer oft handlicher.

Zuführ-/Abführsystem

Zuführ-/Abführsystem bezeichnet die Methode, eingehende Teile zum Roboter oder zur Zelle zu bringen und fertige Teile wegzubringen. Das Zuführsystem lagert Teile in Warteschlange und bringt sie an einen wiederholbaren Ort für den Roboter zur Vorbereitung des Ladens in die Maschine. Das Abführsystem bringt Fertigteile vom Roboter weg zum Bediener und lagert auch eine begrenzte Anzahl Fertigteile.

Einrichtung eines Automationssystems erfordert viele Entscheidungen, aber eine der wichtigsten ist das Zuführ-/Abführsystem. Dies ist der Punkt, an dem der Bediener am meisten mit dem Automationssystem interagiert, daher ist es wichtig, sicherzustellen, dass es unterstützt, was gebraucht wird. Beispielsweise ist das Platzieren von Teilen in bestimmter Orientierung in einer Schublade eine gute Lösung für niedrigere Volumen, aber wird arbeitsintensiv bei hoher Stückzahl, besonders bei kurzer Zykluszeit. Zuführ- und Abführsysteme könnten getrennt sein (z. B. Vibrationsschüttler-Zufuhr rein und Schacht raus) oder kombiniert (z. B. Schublade, wo Bediener Rohteile platziert, Roboter nimmt Rohteil und legt Fertigteil zurück). Die Antworten auf die Fragen in der Sidebar dieses Artikels helfen, das passende Setup zu identifizieren.

Schubladen sind normalerweise an der Automationszellenverkleidung befestigt und bieten dem Bediener eine komfortable Schnittstelle. Schubladen haben begrenzte Kapazität, daher ist eine beliebte Methode, mehrere Schubladen in Stapelkonfiguration wie bei einer Kommode zu haben. Der Roboter zieht die benötigte Schublade auf. Wenn fertig, schiebt er sie zurück in den Schrank und zieht die nächste, um fortzufahren. Normalerweise gibt es einen Einsatz in der Schublade mit Taschen in Reihen und Spalten für präzise, wiederholbare Teilepositionierung, damit der Roboter weiß, wo das Teil zum Greifen ist.

Förderbänder bieten ebenfalls eine flexible (und beliebte) Methode, Teile in und aus einer Automationszelle zu bringen. Das Band kann verstellbare Führungen nutzen und Reihen von Teilen zu wiederholbaren Positionen für den Roboter bringen, oder in Konfiguration mehrerer Paletten für große Volumen. Förderbänder sind flexibel und meist preislich wettbewerbsfähig, aber bei großen Volumen können Längenanforderungen Platzprobleme in beengten Werkstätten schaffen.

Ein Schacht ist eine gute und kostengünstige Abführmethode. Der Roboter lässt ein Teil einfach auf einen geneigten Schacht fallen, um es per Schwerkraft in einen Kasten zu bringen. Nicht alle Teile eignen sich für Schächte, da Teilbeschädigung berücksichtigt werden muss.

Schüttgut-Vibrationszufuhr (Schüsselförderer oder ähnlich) ist eine großartige Methode für große Volumen. Fast keine Bedienerarbeit nötig, beschränkt auf das Einleeren eines großen Eimers Teile in die Schüssel. Diese Schüttgutförderer sind nicht für Flexibilität bekannt und meist für nur wenige ähnliche Teile ausgelegt.

Spannen

Wie bei jedem Nicht-Automatisierungsjob ist wichtig, wie das Teil für die Bearbeitung gehalten werden muss, aber bei Automation muss die Maschinenspannung nun automatisch sein. Zudem ist, wie der Roboter das Teil beim Be- und Entladen hält, gleich wichtig, damit Maschinenspannung und Robotergriffe zusammenarbeiten. Beispielsweise können Schraubstockbacken oft entlastet oder leicht modifiziert werden, um Robotergreiferfinger aufzunehmen, die das Teil halten.

Die meisten Drehmaschinen haben bereits standardmäßig hydraulische Betätigung, aber Spannen und Spannsteuerung sind normalerweise nicht Teil eines Fräsmaschinen-Standardpakets. Die Spannoptionen an Fräsmaschinen bieten ähnliche Vorteile, ob automatisch oder nicht: Schraubstöcke, Futter und Ausdehnspannfutter sind alles gute Optionen, je nach Teilerfordernissen. Die größere Überlegung betrifft, wie die automatische Spannung gesteuert wird (hydraulisch oder pneumatisch).

Ein hydraulisches System ist teurer an der Maschine, erzeugt aber mehr Kraft und ist tendenziell eine gute Allzweck-Spannsteuerung. Ein pneumatisches System erlaubt diskrete Anpassung der Greifkraft für empfindliche Teile, erzeugt aber nicht so viel Kraft (und damit Klemmkraft) wie Hydraulik.

Wo kaufen

Es gibt verschiedene Wege beim Automatisierungskauf. Gelenkarm-Automation wird normalerweise von einem Integrator gebaut, der auf Roboter spezialisiert ist. Roboter können vielfältig genutzt werden, daher ist es wichtig, sicherzustellen, dass der Integrator erfahren in Roboter-auf-Maschine-Anwendungen ist. Beim Aufsetzen von Robotik auf neue Ausrüstung haben manche Werkzeugmaschinenfirmen eigene Integrationsgruppen, die die Integration übernehmen, andere nutzen externe Integratoren, an die sie den Großteil ihrer Integrationsarbeit delegieren. Wenn Automation an bestehende Ausrüstung im Betrieb angebaut wird, kann der ursprüngliche Maschinenlieferant helfen. Wenn nicht, können unabhängige Integratoren die Installation leicht übernehmen.

Unabhängig davon, wer das System aufbaut, ist Klarheit über Verantwortlichkeiten wichtig. Wenn alle Ausrüstung von einem einzigen Lieferanten gekauft wird, liegt es klar in dessen Verantwortung, sicherzustellen, dass alle verschiedenen Ausrüstungsteile korrekt zusammenarbeiten. Wenn jedoch Maschine von einer Firma und Roboter von einer anderen kommt, können Verantwortungslinien leicht verschwimmen. Die schwierigen Fragen zur Verantwortung müssen vorab an alle beteiligten Lieferanten gestellt werden.

Für mehr Informationen zu Robotern und Automation von Methods Machine Tools Inc., rufen Sie 978-443-5388 an oder besuchen Sie methodsmachine.com.

Anforderungen detaillieren

Ein genauer Blick auf diese Überlegungen hilft weit bei der Einrichtung eines Automationssystems für effiziente und effektive Teilebewegung. Die Antworten auf diese Fragen sind wichtig für das Team, das die Zelle entwirft:

• Was sind Maximal- und Minimalgewichte der Teile, die in der Zelle laufen?
• Wie ist der Zustand der Teile bei Ankunft an der Zelle (Form, Slug, gesägtes Stangenmaterial, Guss, Schmiede, vorbearbeitet, Größe, scharfe Kanten/Grate, mit Spänen/Kühlmittel/Öl bedeckt)?
• Wird der Bearbeitungsprozess einzeilig oder mehrzeilig mit Rückseitenbearbeitung sein?
• Wie viele Teile und für wie lange muss die Zuführwarteschlange liefern?
• Wird die Zelle lichtaus laufen oder ist ein Bediener zur Überwachung verfügbar?
• Welche In-Prozess-Prüfung wird included?
• Wie viel Werkstattfläche ist für die Automationszelle verfügbar?
• Wird die Kapazität dieser Maschine durch die Automation belegt oder wird sie ohne Automation für einen Prozentsatz der Zeit genutzt?