Cobot-machinebediening: hoe u uw CNC pers kunt automatiseren

Als uw CNC , freesmachines of persen dagelijks urenlang moeten wachten tot iemand onderdelen in- en uitlaadt, betaalt u geschoolde medewerkers om een deur te openen, een werkstuk te verwisselen en op een knop te drukken. Cobot-machinebegeleiding is een van de snelste en minst risicovolle manieren om die tijd terug te winnen, en het is vaak het allereerste wat fabrikanten automatiseren. Deze gids legt stap voor stap uit hoe het werkt, zodat u een cel kunt plannen die betrouwbaar draait en zichzelf terugverdient.

Bij Fairino, dat in de Benelux wordt gedistribueerd door TMC Robotics, zien we dat machinebediening een van de snelste rendementen oplevert van alle cobot-taken. Hieronder vindt u het draaiboek dat we bij klanten gebruiken, van de indeling van de cel tot de deurinterface en veiligheid.

Wat is cobot-machinebediening?

Onder ‘machinebegeleiding’ verstaan we het laden van grondstof in een machine en het uitladen van het afgewerkte onderdeel wanneer de cyclus is voltooid. Een collaboratieve robot, of cobot, neemt dat repetitieve ‘pick-and-place’-werk voor zijn rekening, zodat uw machinist meerdere machines kan bedienen, de kwaliteit kan controleren of instellingen kan aanpassen, in plaats van de hele dag bij één machine te moeten blijven staan.

Het voordeel is dat de machines onbemand of met minimale bemanning kunnen draaien. Een cobot neemt geen pauzes, verliest om 3 uur ’s nachts zijn concentratie niet en legt elk onderdeel op precies dezelfde manier in de spaninrichting of matrijs. Voor een werkplaats met een grote verscheidenheid aan producten en een laag tot gemiddeld productievolume is dit de ideale situatie: flexibel genoeg om tussen machines te wisselen, en goedkoop genoeg om de aanschaf al bij één enkel knelpunt te rechtvaardigen.

Machines werken meestal als volgt:

• CNC en -freesmachines: de klassieke toepassing
• Hydraulische en mechanische persen, en kantpersen
• Spuitgietmachines
• Slijp-, ontbraam- en inspectiestations
• Lasersnijders en vonkverspaningsmachines

Stap 1: Ontwerp de celindeling

Een goede machinebediening begint bij de geometrie. Voordat je een robot kiest, moet je schetsen waar de cobot ten opzichte van de machinedeur, de invoer en de uitvoer komt te staan. De cobot moet de spaninrichting of matrijs, de binnenkomende halffabricaten en de uitvoer van de afgewerkte onderdelen kunnen bereiken zonder dat hij daarbij tegen de grenzen van zijn bewegingsbereik aanloopt.

Een paar principes die je later een hoop kopzorgen besparen:

• Bevestig de cobot met het oog op bereik, niet op gemak. Met een voetstuk of een rail voor de zevende as plaats je de cobot zo dat zowel de machine als de werkstukbuffer binnen bereik liggen. Bekijk onze cobot-voetstukken voor een stabiele bevestiging.
• Zorg ervoor dat de bewegingsruimte van de deur vrij blijft. De arm en de grijper mogen de deur, de afscherming of een bevestigingspunt nergens langs het traject raken.
• Zorg voor voldoende ruimte voor de operator. Er is nog steeds iemand nodig om de lege houders bij te vullen en de afgewerkte onderdelen te verwijderen, dus zorg ervoor dat die buffers van buiten het werkgebied bereikbaar blijven.

Stap 2: De presentatie van het onderdeel uitwerken

De belangrijkste oorzaak van een onbetrouwbare bewerkingscel is een inconsistente aanvoer van onderdelen. Een cobot herhaalt een aangeleerde positie met uitmuntende nauwkeurigheid, maar alleen als het ruwe onderdeel elke cyclus op dezelfde plek ligt. Als uw ruwe onderdelen in een willekeurige stapel worden aangeleverd, heeft de robot niets consistents om vast te pakken.

Manieren om onderdelen op betrouwbare wijze te presenteren:

• Vaste bakjes of houders. Machinaal bewerkte uitsparingen die elk werkstuk op een vaste positie houden. Eenvoudig, robuust en de meest populaire keuze.
• Zwaartekracht- of geïndexeerde transportbanden die onderdelen naar een vast afnamepunt voeren.
• Magazijnen stapelen voor platte, uniforme onderdelen.
• Machinevisie wanneer onderdelen echt niet in een opspanning kunnen worden geplaatst. Een 2D- of 3D-camera lokaliseert het onderdeel en corrigeert de oppakbeweging. Dit brengt extra kosten en complexiteit met zich mee, dus gebruik deze methode alleen als het echt niet anders kan.

Bij de meeste eerste projecten biedt een goed ontworpen bak met bevestigingsvoorzieningen voordelen op het gebied van kosten, doorlooptijd en betrouwbaarheid. Zorg voor een goede plaatsing van de onderdelen en de helft van je problemen verdwijnt.

Stap 3: Kies de juiste grijper

De grijper is de hand van de cobot, en bij het bedienen van machines wordt er veel van gevraagd: hete, olieachtige, zware of onhandige onderdelen, soms twee tegelijk om de cyclustijd te verkorten.

• Elektrische of pneumatische grijpers met twee vingers zijn geschikt voor de meeste gedraaide en gefreesde onderdelen, met instelbare breedte en kracht.
• Vacuümgrijpers zijn geschikt voor vlakke, gladde platen of vormdelen.
• Dubbele grijpers. Met twee grijpers aan één pols – vaak via een adapter voor dubbele gereedschappen – kan de robot met de ene hand een afgewerkt onderdeel vasthouden terwijl hij met de andere hand een onbewerkt onderdeel laadt. Dat halveert de tijd dat de deur openstaat ongeveer, en het is de klassieke truc om de cyclustijd bij CNC te verkorten.

Houd bij het bepalen van de afmetingen van de robot rekening met het gewicht van de grijper in uw laadvermogenbudget. Als u hulp nodig hebt bij het kiezen, vindt u in onze gids over het kiezen van de juiste grijper meer informatie over de afwegingen die daarbij een rol spelen. Met een gereedschapswisselaar kan één cobot meerdere machines met verschillende gereedschappen bedienen.

Stap 4: Sluit de cobot aan op de machine

Om echt zonder toezicht te kunnen draaien, moeten de cobot en de machine met elkaar communiceren. De robot moet weten wanneer de cyclus is voltooid en de deur openstaat. De machine moet weten wanneer deze is geladen en het veilig is om te starten. Die communicatie vormt het hart van de cel.

De gebruikelijke interfaces:

• Digitale I/O. Eenvoudige 24 V-signalen: cyclus voltooid, deur open, werkstuk vastgeklemd, cyclus starten. Betrouwbaar, eenvoudig aan te sluiten en voldoende voor de meeste cellen.
• Modbus TCP RTU. Een veldbusverbinding die uitgebreidere statusgegevens en de selectie van bewerkingsprogramma’s tussen de robotbesturing en de PLC van de machine verzorgt.
• Kits voor automatische deuren en spaninrichtingen. Pneumatische of servobesturingen, zodat de cobot de deur opent en het onderdeel vastklemt zonder menselijke tussenkomst.

Fairino worden geleverd met een open besturingssysteem en gratis programmeerfuncties, zonder softwarelicenties per werkplek, zodat het aansluiten van I/O en Modbus op uw CNC pers geen verborgen kosten met zich meebrengt. Als u de cobot in een grotere productielijn wilt integreren, bekijk dan onze cobot-controllers en I/O-opties.

Stap 5: Zorg voor de juiste veiligheidsmaatregelen

Een cobot is ontworpen voor samenwerking. Dat betekent niet automatisch dat een bewerkingscel geen hekwerk nodig heeft. De veiligheid wordt beoordeeld op basis van de gehele toepassing, niet alleen op basis van de robot. De CNC pers, scherpe werkstukken, hete onderdelen en het deurmechanisme brengen allemaal hun eigen risico’s met zich mee.

Een gedegen risicobeoordeling, uitgevoerd volgens ISO 12100, ISO 10218 ISO/TS 15066, geeft aan welke van deze maatregelen u nodig hebt:

• Verminderde snelheid en kracht in de samenwerkingszone, dus beperking van vermogen en kracht.
• Een veiligheidslaserscanner voor het bewaken van snelheid en afstand, die de robot vertraagt of tot stilstand brengt wanneer iemand nadert.
• Lichtgordijnen of afschermingen rond de gevaren van de machine zelf.

Het voordeel van een cobot is dat veel bemande cellen met minimale afscherming kunnen werken, waardoor er vloerruimte vrijkomt en een operator naast de robot kan werken. Maar laat de risicobeoordeling de doorslag geven, niet het label ‘collaboratief’ van de robot.

Stap 6: De juiste keuze maken. Welke Fairino ?

Bij het bedienen van machines draait het om het laadvermogen en het bereik. Plaats het zwaarste onderdeel in de grijper en kies vervolgens een model met voldoende ruimte boven de grijper.

• Kleine, lichte onderdelen en een compacte machine: de FR5 weegt slechts 5 kg en is een veelzijdige, populaire cobot voor het bewerken van onderdelen.
• Zwaardere spanpatronen, grotere werkstukken of een dubbele grijper: kies dan voor een FR10 van 10 kg, of zwaarder, voor meer reikwijdte en laadvermogen.

Let op: het bereik moet vanaf één bevestigingspunt de spaninrichting, de invoer en de uitvoer bestrijken, en het laadvermogen moet de grijper en eventuele onderdelen die in een tweede hand worden vastgehouden, omvatten. Kies bij twijfel voor een grotere maat. Een te krap laadvermogen is de klassieke fout bij een eerste project.

Veelgestelde vragen

Hoe lang duurt het om een cobot-machinebedieningscel in te richten?
Een eenvoudige cel met één machine en een vaste aanvoer van onderdelen is dankzij handmatige aansturing en eenvoudige I/O vaak binnen enkele dagen in plaats van weken geprogrammeerd en operationeel. Cellen met vision-technologie of met meerdere machines vergen meer tijd.

Moet ik een programmeur zijn?
Nee. Je leert een cobot vooral door middel van handgeleiding en eenvoudige ‘pick-and-place’-blokken. De basis-I/O-logica regelt de communicatie met de deur, en de meeste operators zijn al na een korte training productief.

Kan één cobot meer dan één machine bedienen?
Ja. Met behulp van een rail, of een doordachte opstelling en een gereedschapswisselaar, kan één cobot twee of meer machines bedienen. Dat is een goede manier om de bezettingsgraad te verbeteren wanneer de cyclustijden lang zijn.

Is een veiligheidshek vereist?
Niet altijd. Veel cobot-bedieningscellen werken met minimale afscherming, maar de risico’s die de machine zelf met zich meebrengt, moeten wel worden beoordeeld. De risicobeoordeling bepaalt of u een laserscanner, lichtgordijnen of afscherming nodig hebt.

Klaar om uw machine te automatiseren?

Het inzetten van cobots voor machinebegeleiding is niet voor niets het klassieke eerste automatiseringsproject. Het is snel te implementeren, gemakkelijk te rechtvaardigen en levert je machine-uren op die je momenteel onbenut laat. Als u hulp nodig hebt bij het bepalen van de juiste celgrootte voor uw CNC, draaibank of pers, vraag dan een offerte aan en wij stellen de specificaties op voor de cobot, de grijper en de interface. U kunt ook het volledige Fairino bekijken, praktijkvoorbeelden bekijken in onze cases of contact opnemen met TMC Robotics.