Robotergestützte Präzisionszerspanung von toolcraft

Trotz der Größe stellt die Roboterbearbeitungszelle keine gesonderten Anforderungen an die Infrastruktur. Sie kommt ohne gesondertes Fundament aus.

Über toolcraft

Das mittelständische Familienunternehmen mit Sitz in Georgensgmünd und Spalt wurde 1989 von Bernd Krebs gegründet. toolcraft ist Vorreiter in zukunftsweisenden Technologien wie der Additiven Fertigung und dem Bau von individuellen Turn-Key-Roboterlösungen. Als Partner für Komplettlösungen bietet toolcraft die gesamte Prozesskette von der Idee über die Fertigung bis zum qualifizierten Präzisionsbauteil in den Bereichen CNC-Zerspanung, Additive Fertigung sowie im Spritzgießen und Formenbau. Zu den Kunden zählen Marktführer aus der Halbleiterindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, optischen Industrie, dem Spezialmaschinenbau sowie Motorsport und Automotive. Teil der Unternehmensphilosophie ist zudem eine intensive Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern sowie Hochschulen, Universitäten und Forschungseinrichtungen.

Toolcraft AG
Handelsstrasse 1
D- 91166 Georgensgmünd
Tel.: +49 9172-6956-0
www.toolcraft.de

„Wir erleben in unseren Kundenprojekten von Zeit zu Zeit Situationen, bei denen wir, trotz aller Fertigungsmöglichkeiten, die wir bei uns im Hause haben, an Grenzen stoßen“, verrät Christoph Hauck, Vorstand Technologie und Vertrieb bei der toolcraft AG, und ist überzeugt: „Und das ist gut so, dass wir an Grenzen stoßen, denn nur das bringt uns dazu, unsere Methoden zu überdenken und neue Ansätze zu finden.“

Als technologischer Kompass im Unternehmen vertritt Hauck die klare Ansicht, dass manche Komponenten nur deshalb nicht gefertigt werden können, weil „man einfach nur noch nicht ausprobiert oder herausgefunden hat, wie es gehen könnte.“ Und so finden die Mitarbeiter bei toolcraft in Christoph, wie ihn jeder nennen darf, immer ein offenes Ohr, wenn es um Ideen und Verbesserungsvorschläge geht.

Der Roboter für die Bearbeitungszelle wurde zusammen mit Autonox entwickelt und perfekt an die Anforderungen für die Zerspanung angepasst.

Permanente Weiterentwicklung garantiert Erfolg

Mit diesem Spirit hat man es bei toolcraft geschafft, sich in den 35 Jahren seit der Gründung von einem Betrieb für Präzisionszerspanung zu einem Dienstleistungsunternehmen zu entwickeln, in dem es scheinbar für jede Aufgabenstellung eine Lösung gibt. Neben der Kompetenz in der Präzisions-CNC-Zerspanung zählen zum Leistungsumfang des Unternehmens die Additiven Fertigung, Werkzeugbau, Spritzgießen, Engineering und Robotik. „Da hat sich im Laufe der Jahre einiges an unterschiedlichsten Technologien angesammelt. Dadurch sind wir aber auch in der Lage, auf die sich ständig verändernden Anforderungen aus dem Markt zu reagieren. So gibt es kaum Anforderungen, denen wir nicht nachkommen können. Meist gelingt es uns sogar durch innovative Ansätze, die Anforderungen zu übertreffen und unseren Kunden Lösungsansätze zu präsentieren, die über das ursprünglich geforderte Anforderungsprofil hinausgehen“, verrät Hauck.

Seit einiger Zeit zählt auch die Halbleiterindustrie zum Klientel der Zerspanungsprofis. In diesem Umfeld wurden zunehmend größere Komponenten gefordert, bei denen man mit der bestehenden Infrastruktur an Bearbeitungszentren an die Grenzen stieß.

Das Werkzeugmagazin mit 48 Plätzen verleiht der Roboterzelle maximale Flexibilität in der Zerspanung.

Größer geht immer

So wurde den Experten bei toolcraft schnell klar, dass man wohl insgesamt größer denken muss und vor allem auch eine flexible Lösung benötigt. „Für die Bearbeitung sehr großer Bauteile kommt man um entsprechend dimensionierte Bearbeitungszentren kaum herum. Diese bringen jedoch neben einem entsprechend großen Footprint auch die Herausforderung mit sich, dass zunächst bauliche Grundlagen in der Fertigungshalle zu schaffen sind. Da ist neben einem entsprechenden Fundament auch das Handling der Maschinenkomponenten über Kräne und Ähnliches zu beachten. Außerdem sind derartige Bearbeitungszentren einerseits sehr teuer und andererseits oft ziemlich unflexibel“, so der Vorstand weiter. Da man sich im Unternehmen seit 2015 intensiv mit Robotik und Automatisierungslösungen auseinandersetzt, war es naheliegend, in diesem technologischen Spektrum nach Lösungen zu suchen. So entstand das Konzept einer Roboterzelle für die Zerspanung. „Wir haben in den vergangenen Jahren einige unterschiedliche Robotik-Anwendungen umgesetzt. Einerseits eben für Kunden, andererseits aber auch, um unsere internen Abläufe zu optimieren“, verrät Andreas-Artur Bauer, Bereichsleiter Robotik bei toolcraft, und ergänzt: „Da ein Roboter für Zerspanungsanwendungen ganz besondere Eigenschaften hinsichtlich Stabilität und Wiederholgenauigkeit bieten muss, haben wir zusammen mit der autonox Robotics GmbH einen geeigneten, speziell auf unsere Anforderungen zugeschnittenen Roboter entwickelt.“

Dieser Roboter ist sechsachsig ausgeführt und verfügt je Achse über antriebsseitige und abtriebsseitige Encoder. Die Achsen sind sehr steif und haben, wo dies möglich war, einen doppelt gelagerten Aufbau. Bei einer Reichweite von 2.390 mm verfügt er über eine Traglast von 150 kg und erreicht dennoch eine Wiederholgenauigkeit von ± 0,06 mm. Innenliegende Kabelführungen machen ihn unempfindlich gegen äußere Einflüsse wie Kühlschmierstoff und sorgen für zusätzliche Ausfallsicherheit.

Mit Zerspanung kennt man sich bei toolcraft aus. Seit 1989 ist CNC-Bearbeitung Grundlage des Erfolgs des mittelfränkischen Familienunternehmens.

Christoph Hauck
Vorstand Technologie und Vertrieb bei der toolcraft AG

„Mit der Roboterzelle schließen wir eine Lücke in der Zerspanung von Großbauteilen. Zusätzlich macht eine mögliche Kombination aus zerspanender Bearbeitung und Laserauftragschweißen das System fit für eine hybride Fertigung.“

Leistungsfähige Zerspanung

Die integrierte HSK63E-Aufnahme der Spindel sorgt für eine zuverlässige Übertragung der 35 Nm Drehmoment bei einer maximalen Drehzahl von 16.000 U/min. Die Spindel verfügt über 25 kW Leistung und ist wassergekühlt. Ein automatischer Werkzeugwechsel mit aktuell 14 Werkzeugplätzen und Anbindung einer Minimalmengenschmierung sowie eine optimierte Kabelführung mit Rückzugssystem für maximale Bewegungsfreiheit sorgen für höchste Flexibilität. „Wir benötigen bei der Bearbeitung großer Teile neben hoher Genauigkeit auch maximale Flexibilität. Deswegen ist der Werkzeugwechsler auch auf bis zu 48 Werkzeugplätze erweiterbar. Ein integriertes Werkzeugmesssystem und das massive Maschinengestell sorgen für optimale Präzision. Die Türen der Roboterzelle können so geöffnet werden, dass eine Kranbeladung problemlos möglich ist, lassen sich aber dennoch staubdicht schließen. Die standardmäßig verbaute Beckhoff-Steuerung kann alternativ auch durch eine Siemens-Steuerung ersetzt werden“, geht Bauer ins Detail. Werkstoffseitig bearbeitet man bei toolcraft mit der Roboterzelle derzeit verschiedene Aluminiumlegierungen, diverse Kunststoffe, Holz und Necuron. Tests und Versuche mit Stahl laufen gerade. „Zeitspanvolumen und Bauteilgenauigkeit hängen von sehr vielen Parametern ab. Material, Werkzeug, Frässtrategie sowie Fräsposition des Roboters sind nur einige davon. Insgesamt schaffen wir mit der Roboterzelle aber ein Gesamtkonzept, das nicht nur leistungsfähig und flexibel ist, sondern auch hinsichtlich Genauigkeit überzeugt“, fasst Bauer zusammen.

Die Zelle kann durch die großen Türen komplett geöffnet werden, was eine Kranbeladung problemlos möglich macht.

Andreas-Artur Bauer
Bereichsleiter Robotik bei der toolcraft AG

„Wenn man Roboter für Zerspanungsaufgaben einsetzen möchte, muss man ein paar grundlegende physikalische Kriterien berücksichtigen. Durch eine saubere Kalibrierung und Anpassung der Bearbeitungsparameter erzielen wir sehr hohe Genauigkeiten.“

Noch mehr Flexibilität

Um bei der Bearbeitung noch flexibler zu sein, ist es auch möglich, die Roboterzelle mit einem Drehtisch auszustatten. Dieser kann simultan zu den Roboterachsen bewegt werden und ermöglicht damit zusätzliche Zerspanungsoptionen. Mit einer Tragfähigkeit von 5.000 kg und individuell angepassten Spannnuten sowie einem optionalen Nullpunktspannsystem bleiben auch bei dieser Ausstattungsoption kaum Wünsche offen. „Wir haben einerseits in unseren eigenen Kundenprojekten oft die Situation, dass wir komplexe Zerspanungsaufgaben bei extrem hohen Bauteilgewichten und -dimensionen bewältigen müssen und andererseits aber auch ganz spezielle Anforderungen seitens Unternehmen, die unsere Roboterzelle bei sich einsetzen möchten. Für uns ist es wichtig, auf all diese Anforderungen möglichst flexibel reagieren zu können. Darum legen wir bei allen Komponenten höchsten Wert auf Robustheit und Genauigkeit. Damit liegen wir vielleicht manchmal etwas über den Leistungsanforderungen, können dafür aber sicher sein, dass unsere Kunden keine Abstriche bei der Qualität machen müssen“, bestätigt Hauck und betont: „Unsere Philosophie ist, unsere Kunden mit der bestmöglichen Qualität auszustatten.“

Erweiterte Fertigungsmöglichkeiten

„Insgesamt schließen wir mit der Roboterzelle eine Lücke in der Zerspanung für die Bearbeitung von Großbauteilen. Wir wissen, dass es unterschiedlichste Ansätze im Markt für robotergestützte Zerspanungsanwendungen gibt, aber die hohe Flexibilität bei gleichzeitiger Genauigkeit haben wir so noch nicht gesehen. Außerdem haben wir auch die Möglichkeit, die Roboterzelle mit einem Auftragskopf auszustatten und so eine hybride Fertigung mit Zerspanung und Additiver Fertigung anzubieten“, freut sich Christoph Hauck und weist abschließend darauf hin, dass toolcraft speziell im Bereich der Additiven Fertigung zu den führenden Dienstleistern für die Herstellung metallischer Bauteile zählt.