Durchbrechen der 5-Achsen-Automatisierungsgrenze

Die 5-Achsen-Bearbeitung ist per Definition komplexer als ein einfaches 3-Achsen-Bearbeitungszentrum, was die Programmierung, die Werkzeugbestückung und die Automatisierungsfähigkeit betrifft - etwas, das für die Maschinenanwender immer wichtiger wird.

Wenn es sich um eine große Anzahl von Bauteilen handelt, ist die 5-Achs-Bearbeitung aufgrund der Anforderungen an mehrere Aufspannungen, Werkstücktypen und Programme nicht ohne weiteres für eine Standard-Roboterlösung geeignet. Unsere eigenen Untersuchungen zeigen, dass viele Maschinenanwender ihre Arbeitsgänge als ungeeignet für die Automatisierung ansehen, weil sie hauptsächlich mit kleinen Abmessungen arbeiten.

Infolgedessen sind 5-Achs-Arbeiten nur selten automatisiert, aber in Verbindung mit makroökonomischen Faktoren wie den Arbeitskosten, der ständig steigenden Nachfrage nach höherer Produktivität und innovativer Technologie werden die Barrieren endlich durchbrochen.

Eine der treibenden Kräfte hinter der Entwicklung der 5-Achsen-Automatisierung außerhalb der Arbeitszeiten war das Potenzial, die Tagesproduktion auf Zeiten zu verlagern, in denen kein Personal benötigt wird und in denen die Maschine unbemannt bei ausgeschalteter Beleuchtung laufen kann.

Die Möglichkeit, die Produktionszeit von 8 Stunden auf bis zu 24 Stunden zu erhöhen, führt zu einer sofortigen Steigerung der Maschinenkapazität, der Produktivität und der Rentabilität.

Ein 8-Stunden-Tag mit 240 Produktionstagen pro Jahr (Montag bis Freitag mit 4 Wochen Urlaub) ergibt beispielsweise 1920 Produktionsstunden, die an den Kunden verkauft werden können. Wenn die betreffende Maschine an der gleichen Anzahl von Produktionstagen 16 Stunden in Betrieb sein kann, verdoppelt sich auch ihre Kapazität auf 3840 Arbeitsstunden. Ein Automatisierungssystem, das in der Lage ist, die Maschinenstunden auf ungewöhnliche Stunden auszudehnen, mit einem 24-Stunden-Betrieb plus Wochenenden und Feiertagen, erhöht die Produktionsstunden auf 8.760 Stunden pro Jahr und steigert die Kapazität um mehr als das Vierfache.

Ein zweiter wichtiger Faktor sind die Arbeitszeiten. CNC-Bediener sind hochqualifiziert, daher ist es sinnvoll, die Anzahl der sich wiederholenden Aufgaben zu reduzieren und die wertvolleren Aufgaben wie die Programmierung zu erhöhen. Untersuchungen zeigen, dass ein Bediener ohne Automatisierung seine Zeit bis zu 70% mit sich wiederholenden Aufgaben wie dem Be- und Entladen von Spannvorrichtungen, Werkstücken und fertigen Komponenten verbringt, die keine besonderen Fähigkeiten erfordern.

Die naheliegendste Antwort darauf ist die Automatisierung der 5-Achsen-Bearbeitung, doch stehen dem eine Reihe von Hindernissen im Weg. Erstens müsste bei vielen vorhandenen 5-Achsen-Maschinen die Automatisierungslösung an der Vorderseite der Maschine angebracht werden, was den Zugang des Bedieners zum Bearbeitungsbereich einschränkt.

Die gute Nachricht ist, dass eine neue Generation von Maschinen speziell für die Automatisierung mit seitlichen Optionen entwickelt wird - mit flacher Front. Die neue Integrex I-H-Baureihe von Mazak beispielsweise ist eine Maschine, die speziell für die Automatisierung mit einer flachen Vorderseite und einem Werkzeugmagazin auf der Rückseite konzipiert wurde, so dass die Automatisierung an der Vorderseite der Maschine platziert werden kann, ohne den Zugang des Bedieners zum Bearbeitungsbereich zu behindern.

Rückmeldungen von Maschinennutzern haben gezeigt, dass es verständliche Bedenken wegen der komplexen Einrichtung und Programmierung gibt, die viele Maschinennutzer nicht beherrschen. Aus unserer eigenen Kundenumfrage geht hervor, dass 1 von 10 Maschinennutzern nicht automatisiert, weil sie keine oder nur wenig Erfahrung haben.

Aber eine Reihe neuer Software-Innovationen wie Mazak Robot Setup Assist und der Robot Cell Controller erleichtern den Anschluss und die Einrichtung des Roboters. Diese Softwareoptionen sind Teil des CNC-Hilfssystems und erleichtern die Wartung der Automatisierung erheblich. Dies hat den Vorteil, dass eigenes Fachwissen nicht mehr Voraussetzung für die Automatisierung ist.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, besteht darin, eine 5-Achsen-Automatisierungslösung von der Stange zu wählen, wie z. B. die CV5-500 von Mazak, die mit einer MA-Roboterlösung für das Be- und Entladen von Werkstücken ausgestattet ist. Im Betrieb sorgt der MA-Roboter dank seiner Konstruktion, die einen fünfminütigen Wechsel zwischen den Werkstücken ermöglicht, für unmittelbare Produktivitätssteigerungen. Die Software ermöglicht ein schnelles Umrüsten der Stapelplatten und der Robotergreifer und ist damit ideal für 5-Achsen-Kleinserien.

Das bei weitem größte Hindernis für die Automatisierung ist die Vorstellung, dass sie teuer ist. Es gibt jedoch zwei wichtige Überlegungen. Erstens sinken die Investitionskosten für die Automatisierung, insbesondere für Roboter, drastisch, was wiederum die potenzielle Amortisationszeit verkürzt.

Zweitens berücksichtigt diese Sichtweise nicht die Auswirkungen, die die Automatisierung auf die 5-Achsen-Produktivität haben kann. Die Automatisierung ermöglicht nicht nur, dass die Maschinen immer häufiger unbemannt und ohne Licht laufen, sondern kann auch dazu beitragen, unproduktive Wartezeiten an der Maschine zu reduzieren, während die Bediener andere Aufgaben erledigen.

Mit einem Roboter ist es möglich, die Auslastung der Anlagen zu maximieren und eine kontinuierliche Produktion ohne Unterbrechungen für das Beladen sicherzustellen. Die Alternative - ein ausschließlich auf jede 5-Achsen-Maschine abgestimmter Bediener - würde zwar die Produktivität aufrechterhalten, könnte sich aber negativ auf die Wettbewerbsfähigkeit und Rentabilität auswirken.

In der Vergangenheit war die automatisierte 5-Achsen-Bearbeitung eher die Ausnahme als die Regel, aber wenn Maschinenanwender wettbewerbsfähig bleiben und ihre Investitionen in 5-Achsen-Maschinen so schnell wie möglich amortisieren und die Rentabilität maximieren wollen, gibt es eine neue Generation von Maschinen und Automatisierungslösungen, die einen Fahrplan für die Zukunft bieten. Europäische Maschinenanwender brauchen nur einen Blick auf die hochproduktiven asiatischen Länder zu werfen, um zu sehen, was die Zukunft bringt, wenn sie bereit sind, die Chancen zu ergreifen.