Die Roboter-Abkantpresse wird für Metallverarbeitungsvorgänge flexibel

Damit das Biegen von Roboter-Abkantpressen in der Vergangenheit wirtschaftlich sinnvoll war, musste ein Auftrag in einer Metallverarbeitungswerkstatt ein bestimmtes Volumen haben. Das beginnt sich jedoch branchenweit zu ändern.

Selbst heute können Abkantpressen in einer Acht-Stunden-Schicht überraschend wenig Zeit damit verbringen, Teile tatsächlich zu biegen. Manchmal ist das Problem auf größere betriebliche Ineffizienzen zurückzuführen, wie z. B. nicht verfügbares Material, verlegte Werkzeuge oder eine unerwartete Abwesenheit von Mitarbeitern. Oft sind Probleme auf mangelnde Informationen zurückzuführen. Möglicherweise wurde ein Teil ohne die richtigen Werkzeuge entworfen, sodass der Bremsenbediener oder Vorgesetzte gezwungen ist, darauf einzugehen und mehrere Probeteile zu formen, um das Biegeprogramm genau richtig zu machen.

Die Offline-Biegeprogrammierung verändert das Spiel. Bevor ein Biegeprogramm den Boden erreicht, überprüft eine Biegesimulation, ob der Bediener in der Lage sein sollte, das Teil mit den verfügbaren Werkzeugen ohne Kollisionen zu formen. Bei bestimmten Aufträgen berücksichtigt die adaptive Biegetechnologie sogar Materialinkonsistenzen wie Faserrichtung oder Dickenschwankungen. Die Bremse biegt das Material unter, misst den Winkel und führt dann die Luftbiegung präzise durch.

Fügen Sie die Fähigkeit der Abkantpresse hinzu, die Werkzeuge automatisch zu wechseln, und Sie verändern die Umformabteilung dramatisch. Die Maschinen müssen nicht mehr große Chargen produzieren, um „Rüstkosten zu sparen“. Tatsächlich kann die gesamte Abteilung näher an der Einzelstückproduktion und sogar an der Kit-basierten Produktion arbeiten. Work-in-Process (WIP) sinkt zusammen mit den Durchlaufzeiten.

All dies hat die Umformabteilung flexibler denn je gemacht, bis auf ein Problem: den Personalmangel. Eine Abkantpresse kann nicht ohne Bediener laufen – es sei denn, Sie roboterisieren den Vorgang. Dennoch bleibt das Problem der Flexibilität bestehen. In der Vergangenheit waren Roboter-Abkantzellen nicht für ihre Anpassungsfähigkeit bekannt. Das hat jedoch begonnen, sich zu ändern.

Die Offline-Biegesimulation hat die Art des manuellen Biegens verändert, und das Gleiche gilt nun auch für die Roboter-Abkantpresse. Kombinieren Sie Offline-Simulation mit automatischem Werkzeugwechsel, sich weiterentwickelnder Greifertechnologie und einer strategisch konzipierten Biegezelle und ändern Sie die Entscheidung „Automatisieren oder nicht“. Die Roboter-Abkantpresse wird endlich flexibel.

Sprechen Sie mit vielen Ladenbesitzern und Umformabteilungsleitern, die sich mit robotergestützten Bremsen befassen, und sie werden Ihnen sagen, dass sie die Umformung nur für bestimmte Teile automatisieren. Eine kleine Roboterbremse könnte winzige Teile bilden, die eintönig und (noch schlimmer) für eine Person nicht sicher sind, sich manuell zu beugen. Eine große Roboterbremse formt große, schwere Teile, deren manuelle Formung für den Bediener anstrengend wäre.

In den meisten Fällen hängt die Frage, ob eine Automatisierung erfolgen soll, jedoch häufig vom Volumen ab, vor allem um die anfängliche Einrichtung zu amortisieren. Wenn ein Bediener Zeit mit einem Teach-Pendant verbringen muss, um das Teil sorgfältig durch jeden Schritt der Formung zu führen, muss der Job ein gewisses Maß an Volumen haben, um die ganze Arbeit zu rechtfertigen.

Dann kommt die Herausforderung des Greifens. Einige automatisierte Zellen könnten über eine Reihe von Greifer-Endeffektoren verfügen, die den Umfang säumen. Die Konstruktion all dieser Greifer stellte sicher, dass eine Biegezelle eine Vielzahl von Teilen formen konnte, aber der Prozess nahm Zeit in Anspruch und brachte zahlreiche Komplikationen mit sich. Auch hier würde die Menge die Entscheidung für die Automatisierung bestimmen. Die Zelle könnte so konzipiert sein, dass sie kleine Chargen oder sogar Kits verarbeiten kann. Um jedoch den gesamten technischen Aufwand, die Integrationskosten und die Rüstzeit zu rechtfertigen, muss diese automatisierte Zelle viele Kits über einen bestimmten Zeitraum produzieren.

Dies blieb auch dann so, wenn alles zunächst offline simuliert wurde. Dies minimierte den Zeitaufwand des Einrichtungspersonals für ein Programmiergerät, Simulation und Programmierung kosteten jedoch immer noch Zeit und Ressourcen. Menschen, die sich (zumindest im Idealfall) mit der Abkantpresse auskennen, verbringen mittlerweile viel Zeit vor dem Computerbildschirm im Büro. Die Offline-Programmierung hat die Produktion nicht beeinträchtigt, dennoch ist die Zeit eines Programmierers nicht umsonst.

Um einen Formvorgang mit hohem Produktmix wirklich zu automatisieren, reicht es nicht aus, die Einrichtung, den Wechsel und die Teilemanipulation am Boden zu automatisieren. Hersteller müssen die Offline-Programmierung und -Simulation automatisieren (siehe Abbildung 1). Das heißt, die Software entwickelt Anweisungen für den gesamten Zyklus, von der Präsentation der geschnittenen Zuschnitte über die Entnahme der geformten Teile bis hin zum Stapeln auf einer Palette oder dem Ablegen in einen Behälter. Der Programmierer überprüft dann, was die Software entwickelt hat, passt bei Bedarf bestimmte Aspekte an und sendet das Programm dann an die Bühne.

ABBILDUNG 1. Die Software simuliert den gesamten Biegezyklus des Roboters, von der Rohlingsentnahme bis zum Stapeln der Teile. Die Software kann auch die Greiferposition und die besten Greifer zum Greifen des Teils berechnen.

Programmierer sind nicht länger in den Details des Roboterbiegens versunken, sondern können sich jetzt intensiver mit der Teileflussstrategie befassen. Sobald dies geschieht, kann ein Hersteller die Biegearbeiten automatisieren, die für den Gesamtdurchsatz am sinnvollsten sind.

Wenn es um Kleinigkeiten geht, mangelt es nicht an robotischem Biegen. Überlegen Sie zunächst, wie Teile präsentiert und gegriffen werden. Das Programm muss wissen, wie viele Teile von welchem ​​Teil sicher und konsistent auf jeder Palette platziert werden können. Sobald die Palette in der Biegezelle ankommt, wird ein QR-Code gescannt und der Produktionssteuerungssoftware mitgeteilt, dass die Palette bereitgestellt und einsatzbereit ist. Dieser Code ruft auch das entsprechende Programm auf.

Als nächstes folgt das eigentliche Greifen des Teils. Ein Roboter könnte ein Teil greifen, sich zu einem Neugreif- und Zentriertisch begeben, wo er das Teil freigibt und erneut greift, um sicherzustellen, dass es in der richtigen Position gegriffen wird (siehe Abbildung 2). Um diesen ersten Schritt zu vermeiden, verwenden einige Biegezellen Paletten, die die Teile schräg präsentieren und sie zentrieren, bevor der Roboter sie ergreift. Dies bedeutet, dass das Teil vor der ersten Biegung nicht am Zentrier- und Umspanntisch referenziert werden muss.

Dann kommt das Greifen selbst. Natürlich müssen Aussparungen innerhalb des Rohlings berücksichtigt werden, aber auch die Beschaffenheit der Materialoberfläche. Saugnäpfe handhaben magnetische und nichtmagnetische Materialien sicher, wobei „intelligente“ Greifer bestimmte Saugnäpfe aktivieren und deaktivieren, um das Werkstück zu manipulieren. Die Näpfe selbst müssen jedoch so gestaltet sein, dass sie sich an unterschiedliche Blechoberflächen anpassen, auch an ölige. Beim Greifen des Werkstücks integrieren einige Systeme ein Luftblassystem, das die Oberfläche von überschüssigem Öl und anderen Rückständen befreit, bevor die Greifer die Oberfläche greifen und einen sicheren Halt auf der Oberfläche gewährleisten.

Als nächstes folgt der Schälvorgang, bei dem der Roboter ein einzelnes Blatt vom vorzentrierten Zuschnittstapel „abschält“. Der Roboter bewegt sich in einer mehrachsigen Bewegung, während ein magnetisches oder bürstenbasiertes System dafür sorgt, dass die Rohlinge getrennt werden, um ein Doppelpicken zu verhindern (besonders kritisch bei dünnen Blechen). Anschließend transportiert der Roboter den Rohling zu einem Dickenmessgerät, um zu überprüfen, ob er nur aus einem Stück besteht (siehe Abbildung 3).

Als nächstes kommt der Biegezyklus selbst, eine der aufwändigsten und komplexesten Aufgaben, die ein Gelenkroboterarm ausführen kann. Grundsätzlich muss das System überprüfen, ob die richtige und ausreichende Anzahl von Bechern aktiviert ist, um das Teil sicher zu halten. Dies beginnt mit den ersten Griffen und setzt sich während des gesamten Biegezyklus fort.

Auch hier spielt die Greifertechnik eine Schlüsselrolle. Einige Greifer integrieren mehrere Greifmethoden, darunter Klemmen und Saugnäpfe. Und heutzutage verändern einige Greifer tatsächlich ihre Oberfläche während des Biegezyklus. Zu Beginn des Zyklus muss der Endeffektor möglicherweise eine große Greiffläche greifen. Dabei schwenken die „Flügel“ der Saugnäpfe nach außen, um die Reichweite des Greifers zu vergrößern (siehe Abbildung 4). In der Mitte des Zyklus fährt der Greifer seine Flügel ein und kann sich bei Bedarf drehen, wodurch eine zusätzliche Bewegungsachse entsteht, um das Werkstück von einer Biegung zur anderen zu manipulieren. Dadurch wird die Notwendigkeit eines erneuten Greifens verringert und gleichzeitig werden Kollisionen mit Werkzeugen, Hinteranschlägen usw. vermieden Andernfalls könnte sich die Position des Werkstücks auf dem Greifer verändern. Es ist eine subtile Wissenschaft.

So wie das Greifen eine subtile Wissenschaft ist, so ist auch das erneute Greifen eine subtile Wissenschaft. Da der Greifer um 360 Grad schwenken kann, muss er das Teil nicht während des gesamten Auftrags freigeben. Es positioniert das Blech für die erste Biegung, stützt den Flansch beim Aufwärtsschwenken (um zu verhindern, dass die Blechbiegung die Biegegenauigkeit beeinträchtigt), entfernt das Werkstück, nachdem das Werkzeugset die Biegung vom Druck befreit hat, dreht sich dann und bewegt sich sofort zur nächsten Biegung – nein Nachgreifen erforderlich.

Stellen Sie sich nun ein kleineres Teil mit vier Biegungen vor. Dieses Mal erfordern die Geometrieattribute des Teils (z. B. Innenausschnitte oder die Biegungsposition), dass der Greifer sich zwischen den Biegungen neu positionieren muss. Da es sich jedoch um ein kleines Teil handelt, kann es tatsächlich zu einem Nachspannen an der Maschine kommen. Der Greifer folgt dem Flansch für die erste Biegung nach oben, bleibt festgehalten, während er das Werkstück vom Werkzeug entfernt, dreht dann das Werkstück für die zweite Biegung und schiebt es über die Matrize und gegen den Hinteranschlag. Der Stempel senkt sich, bis er das Metall einklemmt. Dadurch wird das Material effektiv in einer bekannten Position „geklemmt“ und der Greifer kann sich vom Griff lösen und an einer neuen Stelle neu positionieren. Sobald es befestigt ist, beginnt der Biegezyklus und der Greifer folgt dem Flansch nach oben.

Stellen Sie sich nun denselben Teil vor, nur größer. Würde der Roboter dieselbe Greifstrategie anwenden, würde die Physik im Weg stehen – insbesondere die Ablenkung. Alles würde gut gehen, bis der Roboter das Teil für die zweite Biegung positionierte. Das Werkzeug würde das Werkstück festklemmen, der Greifer würde sich lösen und der Flansch würde sich unter seinem Eigengewicht verbiegen, was die Positionierung und Biegegenauigkeit für den Rest der Biegesequenz beeinträchtigen würde. In diesen Fällen muss der Roboter größere Teile zur Umgreifstation bringen, wo er umgreift und mit den anschließenden Biegungen fortfährt (siehe Abbildung 5).

ABBILDUNG 2. Ein Teil wird zu einem Zentriertisch gebracht, um sicherzustellen, dass der Endeffektor das Teil in der richtigen Position greift.

Als nächstes kommt das Auslagern von Teilen, und auch hier handelt es sich um eine subtile Wissenschaft. Das Stapeln rechteckiger Platten ist in der Regel unkompliziert. Eine leichte Drehung jedes Teils sorgt dafür, dass der Stapel beim Weitertransport stabil bleibt. Das Entladen von Kleinteilen in einen Behälter ist ebenfalls unkompliziert. Einige große Platten können sogar vertikal gestapelt werden.

Heutzutage haben Algorithmen den größten Teil der Programmierung für das Stapeln erfolgreich automatisiert, mit Ausnahme extrem unregelmäßiger Teile. Derzeit wird an der Entwicklung von Algorithmen gearbeitet, die die Programmierung komplexer Stapelung von Teilen automatisieren, wobei Teile in bestimmten Ausrichtungen übereinander „verschachtelt“ werden, um einen stabilen Stapel zu gewährleisten. Derzeit können Programmierer das Stapelprogramm für unregelmäßige Teile manuell in der Simulationssoftware entwickeln, bevor sie das Stapelkonzept auf dem Boden testen.

Ein solches Stapeln bleibt eine der letzten Programmieraufgaben, die nicht automatisiert werden. Alles andere – Werkzeugauswahl, Biegeprogrammierung, Roboter- und Greiferbewegungen, Umspannstrategien, Teilepräsentation – wird jetzt von Software übernommen.

Dies wiederum verändert die Art dessen, was es bedeutet, Programmierer und Vorgesetzter einer Roboter-Abkantpresse zu sein. Anstatt sich auf alle Biegedetails zu konzentrieren, konzentrieren sie sich auf den Teilefluss, darauf, was für die Automatisierung am besten funktioniert, was für den manuellen Betrieb am besten funktioniert und welche Jobs von beidem profitieren könnten.

Stellen Sie sich vor, Sie sind Leiter einer Abkantpresse und leiten eine Biegeabteilung mit einer Sammlung manueller Abkantpressen sowie einer automatisierten Biegezelle mit automatischem Werkzeugwechsel. Diese automatisierte Zelle ist für die Produktion mit hohem Mix ausgelegt und verfügt über eine Sammlung von Eingangs- und Ausgangspaletten, von denen jede für die Handhabung unterschiedlicher Teile ausgelegt ist. Darüber hinaus arbeitet diese Zelle mit dem Bett auf Bodenhöhe, sodass sie im „manuellen Modus“ verwendet werden kann, wobei der Roboter verriegelt und nicht im Weg ist und ein Bediener Teile durch die Biegesequenz manipuliert.

Das alles eröffnet Ihnen vielfältige Möglichkeiten und die Entscheidungsfindung beginnt beim Stanzen und Laserschneiden. Angenommen, ein Werkstück mit einem Innenausschnitt lässt sich tatsächlich nicht automatisch biegen; Der Greifer verfügt einfach nicht über die erforderliche Oberfläche, um das Teil zu greifen und zu stützen, und das Teil ist zu groß, um von den Kantenklemmen des Greifers gestützt zu werden.

In diesem Fall könnte die Lösung im Laserschneiden liegen. Anstatt die Innengeometrien jedes Teilprofils zu schneiden, kann der Laser eine Schnittfuge mit einer Reihe von Mikroverbindungen schneiden. Dadurch erhält der Greifer des Biegeroboters die Oberfläche, die er greifen muss, woraufhin der innen angebrachte Rohling mit Mikrolaschen entfernt werden kann.

Nehmen wir an, dass dasselbe Teil die Kantenklemmen des Greifers benötigt, um das Teil während der letzten Biegungen zu greifen – doch was ist, wenn das Teil nicht über genügend Oberfläche verfügt, um dies zu ermöglichen? Hier könnte das Hinzufügen einer Opferlasche – entweder mit Mikroverbindungen geschnitten oder mit einem Werkzeug gestanzt, um eine auseinandernehmbare Kante zu erzeugen – eine Option sein.

Was ist mit einem Teil, das zu klein ist, als dass die Roboter-Abkantpresse des Unternehmens es formen könnte? Eine Möglichkeit besteht darin, eine Roboterbremse mit Endeffektoren zu verwenden, die über Saugnäpfe und Klemmklemmen verfügen, die für winzige Teile ausgelegt sind. Das ist jedoch nicht die einzige Option.

Stellen Sie sich eine Reihe kleiner Klammern vor, die in einem „Mini-Nest“ auf einer Stanzpresse mit automatischer Teileentnahme und -stapelung angeordnet sind. Dieses Mini-Nest dient einem doppelten Zweck: Es bietet genügend Oberfläche, damit die kleinen Rohlinge nach dem Stanzen automatisch gestapelt werden können und ein anderer Roboter die Teile (noch im Mini-Nest) zum Biegen ergreifen kann. Erst nach dem Biegen ist ein manuelles Eingreifen der Teile erforderlich, da die Bediener die geformten Halterungen auseinanderschnappen lassen, bevor sie zur Endbearbeitung und Montage geschickt werden.

ABBILDUNG 3. Ein Greifer „schält“ das Teil von einem Stapel, der die Teile schräg präsentiert und vorzentriert, sodass der Roboter keine Zentrierstation aufsuchen muss, bevor er das Teil in den Arbeitsbereich bringt. Das Stück wird dann zu einem Dickenmessgerät gebracht, das es auf Doppeleinschlag prüft.

Hier kommt ein ganzheitliches, unternehmensweites Denken ins Spiel. Angenommen, die Montageabteilung verfügt über einen großen Montagebereich, in dem ein halbes Dutzend Mitarbeiter die Chargen sortieren und die Teile zusammenbauen, die die Monteure benötigen. Könnte der Teilefluss durch flexibles Schneiden und Biegen im Vorfeld geändert werden, um diesen Kitting-Bereich zu vereinfachen oder sogar überflüssig zu machen?

An der Biegezelle könnten mehrere Eingangs- und Ausgangspaletten für eine effizientere Zusammenstellung direkt nach dem Formen sequenziert werden – und das alles unter Berücksichtigung von Werkzeugwechseln (siehe Abbildung 6). Die Software kann verschiedene Teile in einem Bausatz sequenzieren, die gemeinsame Werkzeuge verwenden, oder einen schnellen automatischen Werkzeugwechsel ermöglichen.

Jede Palette innerhalb der automatisierten Zelle trägt immer noch Stapel von einem Teil und nicht einen Satz verschiedener Teile, was dem System Flexibilität verleiht, falls der Teilefluss von vorgelagerten Teilen unerwartet variieren sollte. (Was wäre, wenn dem Roboter nur vier Teile aus einem fünfteiligen Bausatz zum Biegen zur Verfügung stünden?) Allerdings kann das System mit mehreren Paletten arbeiten. Wenn Paletten aus der Zelle entfernt werden, fließen sie in kleinen Chargen weiter, die schnell zusammengestellt werden können.

Was wäre, wenn ein Teil bis auf die letzten paar Biegungen fast vollständig vom Roboter geformt werden könnte? Der Roboter hat möglicherweise Probleme beim Greifen oder die endgültige gebogene Geometrie lässt sich möglicherweise nur schwer stapeln. In diesem Fall könnte der Roboter den zeitaufwändigsten Teil der Umformarbeit unbeaufsichtigt über Nacht erledigen. Wenn die Bediener morgens eintreffen, holen sie den Stapel ab und führen die letzten paar Biegungen manuell durch, entweder mit einer manuellen Bremse oder mit der Biegezelle des Roboters im manuellen Modus. (Welche Wahl zu treffen ist, hängt von den Fähigkeiten und der verfügbaren Kapazität der Maschinen in der Biegeabteilung ab.)

Es mag seltsam klingen, nur einen Teil eines Jobs zu automatisieren: Warum nicht einfach den gesamten Job manuell erstellen? Zumindest bis zu den letzten paar Kurven könnte die Formungsaufgabe anspruchsvoll und schwierig zu bewältigen sein. Außerdem steht wahrscheinlich in den meisten Fällen kein Biegepersonal zur Verfügung, sodass die Werkstatt einfach automatisieren muss, um der Nachfrage gerecht zu werden.

Jeder kennt die traurige Realität: Erfahrene Bediener von Abkantpressen sind schwer zu finden. Die Idee hinter der flexiblen Biegeautomatisierung besteht darin, das Biegetalent der Hersteller bestmöglich zu nutzen.

Roboter-Abkantpressen können ein breites Spektrum an Werkstücken verarbeiten, von einfachen Gehäusen bis hin zu Werkstücken, die ein komplexes inkrementelles (Bump-)Biegen erfordern, wobei die Endeffektoren des Roboters das Werkstück sicher durch jede Bump führen. Doch die Blechumformung ist ein außerordentlich komplexer Prozess und nicht jedes Teil ist für den Roboter geeignet. Für einige Teile sind möglicherweise spezielle Werkzeuge erforderlich. Die Roboter- und Greiftechnik hat einen langen Weg zurückgelegt, aber sie kann nicht jede Umformherausforderung lösen. Es kann schwierig sein, ein Teil nach der letzten Biegung zu manipulieren oder zu entfernen. Teile, die aus einer Stanzpresse kommen und extrudierte Löcher oder andere Formen aufweisen, können das Stapeln schwierig und unzuverlässig machen. Einige Formen, die mit dem Stempel hergestellt werden, sind leicht stapelbar, andere jedoch nicht, abhängig von ihrer Größe, Anzahl und der Position, an der sie auf dem Rohlingsprofil platziert werden.

Die manuelle Bildung dieser Jobs ist möglicherweise immer noch die beste Option, und sie können sowohl Anfängern als auch erfahrenen Handwerkern Schulung und Erfahrung bieten. Denn ein Teil, das für einen Roboter schwer zu greifen und zu stapeln ist, muss für einen Menschen nicht zwangsläufig schwierig manuell zu formen sein.

Gleichzeitig gibt die Biegeautomatisierung dem Personal die Möglichkeit, strategisch zu denken. Welche Teile benötigen Monteure wann? Wie kann man es ihnen am besten präsentieren? Wo kommt Kitting vor und wo könnte es vorkommen? Ist es sinnvoll, kleine Teile nach dem Biegen auseinanderzubrechen, insbesondere wenn diese Kanten nicht freiliegen und nicht entgratet werden müssen?

Am kritischsten ist, dass das automatisierte Biegen an der Abkantpresse, wenn auch mit wenigen Ausnahmen, nicht mehr auf große Arbeitsmengen beschränkt ist. Ein Betrieb könnte sich dafür entscheiden, einen anspruchsvollen Job mit Spezialwerkzeugen, Greifen und „verschachteltem“ Stapeln ungewöhnlicher Formen zu automatisieren. Diese Jobs erfordern immer noch etwas Programmierzeit, sodass die Menge weiterhin ein Faktor bei der Entscheidung „automatisieren oder nicht“ bleibt.

Außerhalb dieser Sonderfälle kann die Programmierung jedoch in wenigen Minuten erfolgen, die Greifer sind flexibel und der Werkzeugwechsel erfolgt automatisiert. Wenn Sie all diese Fortschritte zusammennehmen, schaffen Sie einen Roboter-Abkantvorgang, bei dem das Teilevolumen nicht mehr der entscheidende Faktor ist.