Automatisierung in der Roboterherstellung

Automatisierungskonzepte gehören zum Kerngeschäft von Kuka. Dass es dem Unternehmen mit Hauptsitz in Augsburg ernst damit ist, zeigt es in der eigenen Fertigung: bei der Herstellung ihrer Roboter setzen die Augsburger auf Automatisierungslösungen aus dem eigenen Hause.

Eine durchschnittliche Produktivitätssteigerung von mehr als 15 Prozent ist das Ergebnis der neuesten roboterbasierten Automation von zwei Bearbeitungszentren (BAZ) in Halle 10. In der dort angesiedelten Zerspanung entstehen Bauteile, die für die Produktion der Kuka-Roboter verwendet werden. Seit 2013 fertigen zwei DMG-Mori-Werkzeugmaschinen vom Typ Sprint 65-3 (kurz: Sprint) und CTX beta 1250 TC-4A (kurz: CTX) aus Gussteilen und Sägeabschnitten 14 Bauteile, die anschließend in der benachbarten Roboter-Montage verbaut werden.

Jeweils ein KR 150 R2700 aus der hauseigenen KR-Quantec-Serie be- und entlädt die Werkzeugmaschinen. Innerhalb der Zelle sind die Aufgaben des Roboters vielfältig. Mit einem für die jeweiligen Bauteile passenden elektromechanischen Greifer entnimmt der Sechsachser nach sensorischer Überprüfung die Rohteile aus dem Laufwagen, der über die Bahnen des KS CycleMove der Zelle zugeführt wurde. Eingespannt in die links und rechts platzierten Spannfutter der Haupt- und Gegenspindel wird das Teil beidseitig bearbeitet. Sind beide Spindeln bestückt, können zwei Bauteile parallel bearbeitet werden.

Sobald die Bearbeitung abgeschlossen ist, entnimmt der Roboter das fertige Bauteil aus der Gegenspindel und platziert es für den Transport auf einer in der Zelle befindlichen Palette. Für die regelmäßigen Qualitätskontrollen legt der Roboter das Bauteil in die Ausschleuse-Schublade, damit die Kontrolle außerhalb der Zelle händisch erfolgen kann.

Während die Sprint-Anlage, ein Drehautomat, aus Sägeabschnitten innerhalb weniger Minuten Roboter-Bauteile fertigt, bearbeitet der benachbarte Drehfräsautomat CTX Gussteile und Sägeabschnitte innerhalb einer Taktzeit von knapp 30 Minuten.

Auf der Sprint werden zurzeit sieben Bauteile gefertigt, wobei das Teilespektrum von einem Bolzen für die KR-Quantec-Serie mit einem Durchmesser von 55 mm bis hin zu einem Flansch für die Schwerlastroboter der KR-Fortec-Serie mit einem Durchmesser von 120 mm reicht.

Mit der CTX werden ebenfalls sieben Teile gefertigt, wobei die Bauteile unter anderem zu Stirnradgehäusen für die Roboter Agilus und Quantec mit einem jeweiligen Durchmesser von 95 bis 246 mm verarbeitet werden. Durch Zuführ- und Rücklaufbahnen können die BAZ autonom im Dreischichtbetrieb arbeiten.

Ist eine Lage der Palette mit bearbeiteten Bauteilen vollständig bestückt, nimmt der Roboter den Sauggreifer auf und entnimmt von einer weiteren Palette eine Zwischenlage-Kartonage. Diese legt er auf die vollständige Lage der Fertigteile. Auch leere Laufwagen in den Zuführbahnen fallen in das Aufgabenspektrum des Sechsachsers. Sind sie leer, setzt er sie auf die Rücklaufbahn. Sie fahren über die obere abgesenkte Rücklaufbahn zurück zum Einlegeplatz, wo der Bediener den Laufwagen erneut mit Rohteilen bestückt.

Flexibilität in der Fertigung stand bei der Automatisierung der BAZ im Vordergrund. Sowohl die hohe Anzahl verschiedener Bauteile als auch die flexible Anpassung der Losgrößen auf die in der Roboter-Montage benötigten Stückzahlen sind Vorteile, die durch die roboterbasierte Lösung erzielt werden. Beide Maschinen sind bereits dafür gerüstet, das Teilespektrum bei Bedarf zu erweitern. Mit einem auf die Bedürfnisse der Montage abgestimmten Produktionsfahrplan fällt der Umrüstaufwand sehr gering aus.

Mit CycleMove können Bauteile gepuffert und die mannlose Laufzeit der BAZ verbessert werden. Zudem setzt das System auf schwerkraftgetriebenen Transport und verzichtet damit auf elektrische Antriebe. Mit schlanken Bauteilen und einer kompakten Roboterhand, die für die Quantec-Roboter verwendet werden, kann die Größe der Zelle auf ein Minimum reduziert werden. Die maximale Reichweite des Sechsachsers von 3000 mm ermöglicht es, alle Arbeitsstationen zu erreichen. Gleichzeitig gewährleistet das um 13 Prozent geringere Eigengewicht des Roboters gegenüber dem Vorgängermodell Energieeffizienz bei hoher Dynamik.

Seit wann setzt Kuka in seiner Fertigung auf die eigenen Roboter?
In der Zerspanung setzten wir seit 2008 Kuka-Roboter ein. In der allgemeinen Fertigung bei Kuka sind unsere Roboter schon seit mehr als zehn Jahren an der Produktion beteiligt. Sie übernehmen hier Tätigkeiten wie Schweißen oder den Zusammenbau von Messpatronen.

Ist durch Einsatz Ihrer Roboter mehr als die Produktivitätssteigerung von 15 Prozent möglich?
Je nach Art der Automatisierung sind problemlos 80 Prozent Produktivitätssteigerung möglich, wie wir mit der Automatisierung eines Bearbeitungszentrums in der eigenen Fertigung realisiert haben. Hier werden nun anstelle von 600 Teilen pro Monat 1080 Teile pro Monat gefertigt.

Planen Sie in Zukunft noch mehr Roboter in Ihrer Fertigung einzusetzen?
Sowohl in der zerspanenden Fertigung als auch in der Montage befinden sich derzeit zahlreiche weitere Projekte in der Realisierung beziehungsweise in der Planungs- und Umsetzungsphase.

Wann sehen Sie hier den ersten kollaborativen Roboter seine Arbeit verrichten?
In der Zentralhandmontage unseres KR-Quantec-Roboters haben wir schon heute unseren sensitiven und kollaborativen Leichtbauroboter LBR iiwa im Einsatz.

Was sind die Herausforderungen, wenn es um den Einsatz kollaborativer Roboter geht?
In unserer eigenen Fertigung sind alle Herausforderungen gelöst. Beim Kunden werden die individuellen Herausforderungen von unseren kompetenten Integratoren und Systempartnern kundenspezifisch gelöst.

Die Fragen stellte Julia Lansen, Redaktion