Werkzeugmaschinen mit Robotermodul

Die Planung und Ausführung von Roboter-unterstützten Werkzeugmaschinen ist eine Philosophie- und Knowhow-Frage. Im Gegensatz zu Bearbeitungszellen mit außerhalb der Maschine platziertem Roboter setzt die Spinner Werkzeugmaschinenfabrik auf integrierte Lösungen mit möglichst hohem Standardanteil. Gemeinsam mit dem Partnerunternehmen Spinner Automation haben die Sauerlacher in den letzten Jahren eine Art Baukastensystem für den Robotereinsatz entwickelt. Zur Seite stehen ihnen dabei die langjährigen Partner auf Steuerungs- und Roboterseite, Fanuc FA und Fanuc Robotics.

Werkzeugmaschinen mit Roboter sind in deutschen Produktionshallen kein ungewohntes Bild. Immer mehr Unternehmen nutzen die flexiblen Einsatzmöglichkeiten dieser Automatisierungskomponente, um ihre Produktion effektiv und flexibel zu gestalten. Aber nicht nur Hochlohnländer setzen auf die Vorteile der Automatisierung. So berichtet die Spinner Werkzeugmaschinenfabrik, Sauerlach, von einem Auftrag aus Russland über knapp 20 automatisierte Drehzentren – die meisten Maschinen mit Robotern, einige mit Stangenlader.

Helmut Maier, Leiter Steuerungstechnik, erklärt: „In diese Region haben wir schon viele Maschinen geliefert. Der Automatisierungswunsch des russischen Kunden ist für uns zwar neu, kommt jedoch nicht unerwartet. Wir beobachten seit langem den Trend zu vermehrter Automatisierung weltweit. Also nicht nur hierzulande, sondern zum Beispiel auch in osteuropäischen, asiatischen und arabischen Ländern.“

Automatisierungstrend früh erkannt

Schon vor gut zehn Jahren hat Spinner eine solche Entwicklung vorhergesehen, reagiert und gemeinsam mit einem auf Automatisierung spezialisierten Zwei-Mann-Konstruktionsbüro die Spinner Automation GmbH, Markgröningen, gegründet. Maier argumentiert: „Als Hersteller von Standard-Werkzeugmaschinen konnten wir die individuellen Automatisierungswünsche nicht vernünftig und wirtschaftlich in unsere Arbeitsabläufe integrieren. Daher suchten wir einen anderen Weg. In Dominik Jauch und seinem Vater Manfred fanden wir ideale Partner, die uns seit 2002 als Inhaber und Geschäftsführer von Spinner Automation unterstützen.“

Schon bald entstanden in Markgröningen die ersten kundenspezifischen Spinner-Automatisierungslösungen, und 2004 vereinbarte Spinner Automation eine exklusive Zusammenarbeit mit Fanuc Robotics als Grundlage für den Einstieg in die Robotertechnik. Auch die Spinner Werkzeugmaschinenfabrik unterstützte diese Kooperation, da sie auf Steuerungs- und Antriebsseite selbst schon seit Mitte der 90er Jahre mit Fanuc partnerschaftlich verbunden war.

Die Idee hinter dem gemeinsamen Automatisierungsangebot von Spinner und Spinner Automation ist folgende: Spinner will das Automatisierungsgeschäft nur ungern fremden Dienstleistern überlassen, denn die diesbezüglich gemachten Erfahrungen waren mäßig. Oftmals wurden einzelne, nur schlecht geeignete Roboter eingesetzt und direkt vor den Arbeitsraumzugang gestellt. So entstanden „Automatisierungszellen“, die Maier als „ziemlich unpraktisch“ bezeichnet. In einem festen Partnerunternehmen sah Spinner dagegen eine Chance, die Automatisierung zu optimieren und mit der Zeit ähnlich zu standardisieren, wie die Maschinen selbst. Mit Erfolg: Spinner-Kunden erhalten schon heute Maschine und Automation aus einer Hand – zu günstigen Preisen und der Garantie, dass das Gesamtsystem funktioniert.

Integrierte Maschine-Roboter-Lösung aus einer Hand

Dazu tragen beide Unternehmen bei: Die Spinner-Maschinenentwickler bereiten alle Baureihen auf die Automatisierung mittels Roboter vor. Spezielle Beladeöffnungen werden konstruiert, die im „Normalfall“ mit Blinddeckeln geschlossen sind. Im Automatisierungsfall werden diese dann in Markgröningen von schnell öffnenden Türen ersetzt. Auch die gesamten elektronischen Schnittstellen werden bereits in Sauerlach vorkonfiguriert. „Das erleichtert unsere Arbeit in Markgröningen enorm“, weiß Dominik Jauch zu schätzen. Und Arbeit hat Spinner Automation genug. Der Geschäftsführer erklärt: „Manche Kunden wollen nur ein einfaches Teilehandling, das sich mit Stangenlader, Lineareinheiten und gegebenenfalls einem Palettensystem lösen lässt. Aber immer häufiger wird ein Roboter gewünscht, der noch weitere Aufgaben während der Bearbeitungszeit der Maschine erledigen kann, zum Beispiel messen, reinigen, stapeln oder fügen.”

In den letzten zehn Jahren entwickelte Spinner Automation – inzwischen auf 50 Mitarbeiter angewachsen – Zug um Zug für nahezu jede Spinner-Baureihe eine Automatisierungslösung mit integriertem Roboter. Die Integration bietet wesentliche Vorteile: So hat der Bediener freien Zugang zum Arbeitsraum der Maschine, weil der Roboter nicht im Weg steht. Er kann die Maschine umrüsten und auch von Hand bestücken, als gäbe es keine Automation. Und wenn der Robotereinsatz gefordert ist, öffnet sich eine Tür und er steht bereit – in nächster Nähe. Denn durch die Integration hat der Roboter vorteilhaft kurze Wege zu bewältigen.

Dominik Jauch weist auf eine weitere Stärke der integrierten Lösung hin: „Wir können die Maschine mit Automation als ein Stück ausliefern. Das heißt, die Inbetriebnahmezeit vor Ort ist kurz, weil keine separaten Elemente erst zu Zellen zusammengefügt werden müssen. Außerdem geben wir für das Gesamtkonzept aus Roboter und Maschine am Ende eine komplette CE-Erklärung ab, so dass der Kunde vollkommen abgesichert ist.“

Fanuc ist in Russland besonders beliebt

Spinner ist derzeit einer der wenigen Werkzeugmaschinenhersteller am Markt, der ein solches durchgängiges Konzept anbietet. „Vielleicht ist das einer der Gründe, warum das russische Unternehmen uns den Auftrag erteilte“, mutmaßt Helmut Maier. Jedenfalls wurden knapp 20 Maschinen verschiedener Baureihen und -größen bestellt, allesamt Fanuc-gesteuert. „Fanuc CNC- und Antriebstechnik sind in Russland besonders beliebt, wofür neben der Leistungsfähigkeit auch die hohe Verfügbarkeit der Komponenten verantwortlich ist“, erklärt Maier.

Das Spektrum reicht von der kleinsten Drehmaschinenbaureihe – den PD Ultrapräzisions-Drehmaschinen für Feinst- und Hartzerspanung – in zweispindliger Ausführung, über die Baureihe TD-Duplex mit zwei Revolvern zur Simultanbearbeitung, bis zu TTC-Maschinen, die ebenfalls mit zwei schnellen Servo-Revolvern mit zwölf Stationen ausgestattet sind. Während die TD-Duplex und die TTC noch mit den Fanuc CNC-Systemen der Serie 31i-A betrieben werden, hat Spinner bei der PD-Baureihe bereits auf die toppaktuelle Steuerung der Serie 32i Model B umgestellt. Maier berichtet: „Bei diesen Drehmaschinen haben wir eine komplette Steuerungsgeneration übersprungen. Es ging überraschend einfach, die neue CNC zu implementieren, und auch von Kundenseite gab es nur positive Rückmeldungen, so dass wir jetzt die anderen Baureihen sukzessive auf die Fanuc CNC Model B umstellen.“

Die Kombination Fanuc CNC- und Antriebstechnik an der Maschine und Fanuc-Robotertechnik ist besonders vorteilhaft, da die aus einem Haus stammenden Komponenten perfekt aufeinander abgestimmt sind. Für einfache Automatisierungslösungen lassen sich Werkzeugmaschine und Roboter über den sogenannten Fanuc I/O-Link direkt verbinden. Jauch ergänzt: „Wenn die Automatisierungsaufgaben komplexer werden, nutzen wir derzeit die Datenübertragung via Profibus. Auch dafür sind die Fanuc-Komponenten bestens vorbereitet.“

Bedienerfreundlich und einfach zu programmieren

Um die Bedienung der Kombination Werkzeugmaschine und Roboter noch einfacher zu gestalten, hat Fanuc vor kurzem die Funktion „Robot Connection“ entwickelt. Ist der Roboter im System eingerichtet, kann der Maschinenbediener mit dieser Funktion in der CNC-Steuerung ein Menü aufrufen, das ihm alle wichtigen Informationen zum Zustand des Roboters liefert wie zum Beispiel Wartungsaufgaben oder Alarme. Er kann auch Programme auswählen, laden und den Roboter ansteuern, ohne eine separate Robotersteuerung direkt zu bedienen. Das spart Zeit und erhöht die Sicherheit im Umgang mit dem Roboter.

Dominik Jauch hat die Funktion bereits getestet und für gut befunden: „Das geht genau in die richtige Richtung. Dem Maschinenbediener muss die Roboteranwendung so einfach wie möglich gemacht werden. Wir haben diese neue Funktion zwar noch nicht eingesetzt, werden dies aber vermutlich ab der Einführung der nächsten Fanuc LR Mate-Robotergeneration tun.“

Zum Angebot von Spinner Automation gehört nicht nur das Konfigurieren der Automatisierungslösung, sondern auch die Programmierung des Roboters auf die gewünschten Endprodukte. Das wird insbesondere dann in Anspruch genommen, wenn die jeweilige Maschine nur für ein Teil oder eine Teilefamilie gekauft wurde. Um die Bedienerfreundlichkeit zu optimieren, hat Spinner Automation die Funktion des Roboter-Handbediengeräts softwaretechnisch erweitert. „Der klassische Bediener einer Werkzeugmaschine hat mit der Roboterprogrammierung nichts am Hut“, weiß Dominik Jauch. „Daher ersparen wir ihm das sonst übliche Anlernen seines Roboters, das Teachen. Wir haben dazu eine Software sowie eine eigene Oberfläche für das Roboterprogrammiergerät entwickelt, in deren Masken der Anwender nur noch die Teiledaten des gewünschten Produkts eingeben muss. Dann errechnet sich der Roboter selbst seine Bewegungen.“

Spinner Automation misst dafür im Vorfeld die einzelnen Spindel- und Ablagepositionen etc. und stimmt den Roboter auf die Maschine ab. Im Unterschied zu anderer Roboter-Programmiersoftware nutzt Spinner Automation die Sicht des Maschinenprogrammierers und hat im Prinzip die Arbeitsweise übernommen, die man von einer Fanuc-CNC kennt. Das heißt, der Roboter wird im kartesischen Koordinatensystem mit den Achsen X/Y/Z programmiert. Laut Dominik Jauch sind die Anwender, die wenig bis keine Erfahrung mit einem Roboter haben, davon sehr angetan.

Leistungsstark und zuverlässig

Fanuc sorgt mit den CNC-Systemen Serie 30i/31i/32i/35i – Modell B für hohe Produktivität in der Zerspanung. Ein wesentliches Highlight dieser Fanuc-Steuerungen ist die integrierte PMC, die sich durch ihre hohe Geschwindigkeit und den großen verfügbaren Programmspeicher auszeichnet. Die Steuerung glänzt außerdem durch ihre Netzwerkfunktionen. Neben dem herkömmlichen Ethernet on board steht eine zusätzliche, ins Mainboard integrierbare Netzwerkschnittstelle zur Verfügung. Sie unterstützt FL-Net, Ethernet/IP sowie Fast Ethernet und verfügt über eine separate CPU, wodurch eine stabile Ethernetkommunikation in Echtzeit möglich ist. Vielseitige Stärken bietet auch der E/A-Bus mit der Fanuc-Bezeichnung I/O-Link i, der pro Kanal doppelt so viele PMC-E/A-Signale übertragen kann wie sein Vorgänger Fanuc I/O-Link. Von besonderem Interesse sind die erweiterten Wartungsmöglichkeiten, die sich durch den I/O-Link i ergeben. Denn seine Alarm-Funktionen erkennen sich ergebende Schwachstellen im Voraus und melden exakt den Fehlerort. Dies vereinfacht den Service und reduziert damit die Stillstandzeiten wesentlich.

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