Wirtschaftliches Entgraten mit Robotern

Anlage von Kadia bearbeitet Batteriewannen

Wird ein Fräser von einem Roboter geführt, so ist die Bearbeitung grundsätzlich labiler als auf einem Bearbeitungszentrum. Um auch hier prozesssicher kürzeste Taktzeiten in der industriellen Produktion zu erreichen, setzt Kadia in einer neu entwickelten Anlage mit drei Robotern zum Entgraten von Batteriewannen für Elektrofahrzeuge den dreischneidigen FlyCutter von Mapal ein.

Die Unternehmensgeschichte der Kadia Produktion GmbH + Co in Nürtingen begann 1959 mit der Herstellung von Honwerkzeugen. Zehn Jahre später wurden die ersten Honmaschinen entwickelt. Einen weiteren Geschäftszweig erschloss sich das Unternehmen seit 1981 mit der Herstellung von Entgratmaschinen. Heute gehört Kadia zu den führenden Spezialisten für Hon- und Entgrattechnologie und beschäftigt aktuell 200 Mitarbeiter.

Kunden sind vor allem Automobilhersteller und Zulieferer, Hersteller von Bau- und Agrarmaschinen oder Windkraftanlagen sowie der Flugzeugbau. Während der Hersteller für das Honen Standardmaschinen in verschiedenen Grössen anbietet, werden für das Entgraten grundsätzlich Sondermaschinen gebaut. Zum Kundenkreis gehören auch grosse Maschinenhersteller, die Kadia als Entgratexperte mit an Bord holen.

Zerspanung in der Versuchszelle

Kernstück der Entwicklung bei Kadia ist eine fünf mal sechs Meter grosse Versuchszelle mit einem Sechs-Achs-Industrieroboter und einer Schnellwechseleinheit. Hier kann der Prozess der späteren Anlage bereits getestet werden. Vorversuche ermitteln die optimalen Schnittdaten und prüfen die Stabilität. In der Zelle befinden sich 15 einwechselbare Einheiten. Auf neun davon hat der Roboter einen automatisierten Zugriff mit einem Aktionsradius von 2,70 m. Eine Einheit stellt eine bestimmte Funktion dar, die für die Bearbeitung eines Bauteils gebraucht wird. Typischerweise besteht sie aus einer Motorspindel mit Schnittstelle und einem Zerspanungswerkzeug.

Ein Rundtisch als siebte Achse gehört ebenfalls zur Ausstattung der Versuchszelle, die zudem über genügend Freiraum verfügt, um weitere Anlagen, wie etwa eine Kühlmittelversorgung oder zusätzliche Prozesseinheiten unterbringen zu können. Oft sind bei Kadia gleich mehrere Teile für verschiedene Versuche in der Zelle gerüstet.

Für erste Vorversuche an einem Dummy-Bauteil der Batteriewanne verwendete Kadia einen bereits in der Fertigung vorhandenen Rundplattenfräser. Das Werkzeug erwies sich als völlig ungeeignet für die Aufgabe. Die auftretenden Schwingungen waren so stark, dass sogar die Bearbeitungsspindel Schaden nahm. Selbst bei niedrigen Schnittwerten machte sich die Geräuschkulisse beim Fräsen noch im Nebengebäude störend bemerkbar.

Wegen eines geeigneten Fräsers für das Gehäuse aus Aluminium wurde Mapal als Problemlöser gewählt. «Wir informieren uns im Vorfeld, bei welchem Werkzeughersteller wir das Potenzial für eine Zusammenarbeit sehen», berichtet Jannik Weiss. Zwar fokussiert man sich bei Kadia zunächst auf Standardwerkzeuge, doch war es durchaus ein Pluspunkt für Mapal, dass der Werkzeughersteller bei Bedarf Sonderwerkzeuge entwickelt.

Schnittwerte und Positionierung sind wichtig

«Die Krux bei einer Roboterbearbeitung ist das Zusammenspiel zwischen Werkzeug, Vorrichtung und Roboter», erläutert Norbert Meier. Die Steifigkeit ist ein grundsätzliches Problem bei der Bearbeitung. Je weiter der Roboterarm ausfährt, desto labiler wird die Zerspanung. In den Versuchen testet Kadia daher nicht nur unterschiedliche Schnittwerte, sondern auch verschiedene Positionierungen des Roboters vor oder neben dem Werkstück.

Für den vorliegenden Fall ermittelten die Partner als optimale Schnittdaten bei einer Spindeldrehzahl von 11'000 min-1 einen Vorschub von 0,16 m/s und eine Zustellung von 0,5 mm. Prozesssicher lieferte der FlyCutter eine sehr gute Oberflächenqualität. Diese Daten aus dem Versuchsstand hat Kadia in das Konzept für die Sondermaschine übernommen. Als wirtschaftlichste Lösung für die Serienfertigung hat der Hersteller dafür den Einsatz von drei Robotern in einer Zelle ermittelt. Während zwei sich die Bearbeitung der Vorderseite teilen, arbeitet der dritte an der Rückseite.

Dem Kunden gibt Kadia nicht nur die Schnittdaten an die Hand, sondern kann bereits vor dem Bau der Maschine sagen, wie lange eine Bearbeitung dauert und was für eine Taktzeit damit zu realisieren ist. Das Entgraten einer grossen Batteriewanne dauert demzufolge etwa 80 Sekunden. «Bei einem Roboterprozess sind solche Prozessangaben zu Schnittwerten noch nicht ganz so üblich wie bei einer CNC-Maschine. Je nach Positionierung des Roboters erzeugen gleiche Daten andere Ergebnisse», sagt Jannik Weiss. Aufgrund der durchweg positiven Ergebnisse wollen Kadia und Mapal ihre Zusammenarbeit vertiefen. Weitere Versuche für unterschiedliche Bearbeitungsprozesse sind bereits in Planung.