Industrieroboter in der spanenden Bearbeitung

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1 Markus Zapke (SIEMENS ENERGY) Industrieroboter in der spanenden Bearbeitung Praxisbeispiel Kantenbearbeitung von Turbinenbauteilen Security classification All rights reserved.

2 Inhalt 1. Industrieroboter typische Anwendungsgebiete 2. Industrieroboter in der Zerspanung Beziehung mit Hindernissen 3. Roboter im industriellen Einsatz praktische Anwendungsgebiete 4. Roboter in der industriellen Fertigung Anwendungsplanung Kantenbearbeitung Page 2

3 Industrieroboter typische Anwendungsgebiete Parallele Kinematik Serielle Kinematik Deltaroboter (Arbeitsplattform über Parallelogramm geführt, angesteuert über Rotationsachsen) Gelenkarmroboter in unterschiedlichen Achskonfigurationen Parallele Linearkinematiken (z.b. Pentapods) Portalroboter (kartesisches Koordinatensystem) Metrom GmbH: Prinzipdarstellung Pentapod, Fraunhofer IPK Berlin: Kuka Industrieroboter, 2013 Page 3

4 Industrieroboter typische Anwendungsgebiete Handhaben Bestücken/ Entnehmen Montieren Palettieren Stapeln/Verpacken Fügen Schweißen Kleben Druckfügen Zerteilen Schneiden Schleifen Fräsen/Bohren Beschichten Lackieren Beschichtung reddot award product design: Kuka Industrieroboter, Messen Page 4

5 Industrieroboter in der Zerspanung Beziehung mit Hindernissen Pro - Geringe Investkosten - Hohe räumliche Reichweite - Gute Erreichbarkeit Bearbeitungsort - Kernsystem hochflexibel und austauschbar Con - Ungewohnte Steuerungsarchitektur - Fremde Programmstruktur - Ungeplante Bewegungen Kollisionsgefahr - Geringere Genauigkeit/Wiederholgenauigkeit - Schwingungsverhalten - Neuland in der Instandhaltung Soft Mastercam Pressemitteilung: Einsatz von Robotern in der Fertigung, Ungewohnte Kinematik - Ungewohnte Bedienung - Nur ein Bearbeitungsmodul, keine echte Bearbeitungsmaschine - Bereich besetzt durch klassischen Maschinenbau Page 5

6 Roboter im industriellen Einsatz praktische Anwendungsgebiete Daten - Bohr-Fräs-Bearbeitungszentrum FAF260 mit Wechseltisch - Bedienung WZ-Wechsler/Spindelbestückung mittels Roboter - IBS 2010 Danobat Group: Roboter in Werkzeugwechsler für Vertikaldrehmaschine, Page 6

7 Roboter im industriellen Einsatz praktische Anwendungsgebiete Anlage Siemens AG, 3D-Modell Gehäusebaugruppe, 2011 Roboterportal zum Verbindungsschweißen von Großgehäusen sowie zum automatisierten Schweißen von Anbauteilen Daten Page 7 Siemens AG/Cloos: Roboterschweißportal, Layout zum Projekt Gehäuseschweißroboter, Gesamtlänge: ~37 Meter - 4 Einzelschweißplätze - MAG Engspaltschweißen - MAG Schweißen - Brennschneiden - IBS: 05/11

8 Ausgangszustand - Maschinell bearbeitetes Rotorbauteil (Radscheibe) - Scharfe/grathaltige Kante an der Schaufelfußnut Siemens AG, 3D-Modell und Detaildarstellung Läuferbauteile, 2013 Page 8

9 Ist-Situation Kantenbearbeitung - Manuelles Entfernen des Grates in den verschiedenen Nutbereichen - Einsatz eines Fräswerkzeuges zum Herstellen einer definierten Kante des Features Siemens AG, Detaildarstellung manuelle Kantenbearbeitung Läuferbauteile, 2011 Page 9

10 Studie Maschinenkonzepte - Vergleich unterschiedlicher maschineller Konzepte: Gelenkarmroboter Parallelkinematik CNC-WZM Maschinenabbildungen: EEW-Protec GmbH, Metrom Mechatronische Maschinen GmbH, Kuka Roboter GmbH, 2011 Page 10

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14 Studie Maschinenkonzepte - Ermitteln wesentlicher technischer/finanzieller Rahmenbedingungen - Aufbau einer Vergleichsmatrix zur Konzeptbewertung Page 14

15 Siemens AG/DMG Mori Seiki AG: CNC-BAZ, Layout zum Projekt, 2011 Variante 1: Bearbeitungszentrum Page 15

16 Variante 2: Pentapod Page 16

17 Variante 3: Industrieroboter Page 17

18 Simulation Erreichbarkeit - Zugrundelegung verschiedener Bauteilspannungen - Testen auf Erreichbarkeit der Bearbeitungsstelle und Kollisionsfreiheit Page 18

19 Planung Bearbeitungsablauf Input Prozess 1 Prozess n Output Parameter Beschreibung Beschreibung Parameter Page 19

20 Planung Zerspanungstests - Werkzeugauswahl und Zerspanungsstrategie Page 20

21 Testszenario 1: Bearbeitungsstudie am Probestück - Ermitteln genereller Bearbeitungsparameter - Abschätzen von Aufwendungen und zu erwartenden Ergebnissen Page 21

22 Testszenario 2: Bearbeitungsstudie an einer Testscheibe - Bearbeitungstest unter praxisnahen Bedingungen - Schaffen der Basis für Angebotsanfragen - Erstellen eines Lastenheftes Page 22

23 Anfrage Systemanbieter - 16 potentielle Lieferanten - 13 positive Reaktionen -> Lastenheft - 7 Angebote Page 23

24 Risikoanalyse - Erfassen von >30 technischen, organisatorischen und personellen Faktoren - Festlegen von Risikowerten - Bewertung der Risiken Page 24

25 Investentscheidung - Investplanung - Lieferantenauswahl - Beschaffungsprozess - IBS - Systemeinführung - (ggf.) Systemausweitung Page 25