50件就上机器人！这家德国齿轮厂如何“玩转”自动化？

Frank Verzahnungstechnik公司总部位于巴登-符腾堡州的韦尔，距离巴塞尔约30公里，是高精度齿轮制造领域的专家，专注于为复杂的传动技术提供解决方案。“我们拥有20名员工，为通用机械制造行业生产齿轮部件，例如齿轮、小齿轮轴或蜗杆。”公司所有人Martin Frank解释道。该公司为各种行业提供产品，包括包装、液压、医疗、食品等行业。

所有产品均按照客户要求制造。Martin Frank表示：“我们的服务范围从原材料采购到包括最复杂的磨削工艺在内的所有工序，直至成品。我们既生产单件产品，也生产批量产品，例如小至5件，大至5000件的较大批量。由于我们原则上总是生产定制产品，所以我们拥有一个非常多元化的生产体系，你很少能看到几台完全相同的机床。”

考虑到要生产的批量大小，高度自动化是Frank Verzahnungstechnik的一个特别优势。“从50件起，我们就完全可以进行自动化生产。因此，即使批量相对较小，我们也能非常灵活、快速地做出反应，同时还能实现极高的经济效益。与其他代工厂相比，这无疑是一个明显的竞争优势。”Martin Frank表示。这也是该公司于2017年首次投资购买Halter CNC Automation的TurnStacker Premium型机器人单元，用于车床自动化上下料的关键原因。

大型工件的自动化生产

尽管Frank Verzahnungstechnik公司已经拥有部分自动化解决方案，例如在车床上使用送料机。然而，由于待加工工件的尺寸远超传统棒料自动化的范围（通常仅适用于直径约60-65mm的工件），因此在生产大批量且直径达210mm的工件时，不得不采用工件容量有限的回转工作台。

“我们希望在车削车间推进自动双面加工。对于较大的部件，可对于较大的工件，实现方式要么是使用翻转站和两台机床，要么使用机器人给一台卧式车床上下料。在我们的案例中，选用的是一台DMG MORI的CTX beta 800车床，它配备了性能参数相同的主轴和副主轴。因此，我们可以在工件的两侧执行切削量相对较大的车削操作，这对于加工我们的大型工件是绝对必要的。”Martin Frank解释道。

TurnStacker Premium是一款非常紧凑的机器人单元，占地面积小，但工件容量特别高，可处理直径达230mm的工件。可旋转的工件缓存系统共配备12个可调节的堆料站。生产开始时，11站装有毛坯件，而最后一站则用于存放首批成品。

TurnStacker Premium作为一款紧凑的机器人单元，在有限的空间内提供了高工件容量，用于直径不超过230mm的零件

简化零件处理

该机器人单元的一个显著特点是，在工件缓存系统的特定取料和放料位置配备了两个由激光传感器监控的升降定位装置。在取料位置，升降装置将毛坯件定位至合适高度，以便机器人能用其夹爪抓取最顶部的工件。在放料位置，为了将加工完成的零件放入指定的堆料站，升降装置会相应地下降成品件，直至该堆料站完全装满。

为了实现工件搬运，机器人采用了一个双夹爪。这样，它可以从机床中取出一个成品件，随后立即向机床装入一个毛坯件。在机器人持续进行机床装卸料的同时，操作员可以在单元受保护的后方区域，同步利用生产节拍时间取走成品件，并为工件缓存系统补充新的毛坯件。

Frank Verzahnungstechnik利用自动化技术加工直径达200mm、高度达40mm的工件。对于较小的直径，工件高度也可以达到80-90mm。据Frank Martin介绍，工件的尺寸每2-3天就会发生变化，因此必须对单元进行相应的调整，但通常只需花费很少的时间。

生产采用两班制运行。日班主要用于生产更复杂的零件。根据工件和批量的不同，机器人有时能够自主运行长达两小时，独立完成车床的装卸料任务。

在机器人持续进行机床上下料的同时，操作员可以同步利用生产节拍时间，在单元受保护的后方区域取走成品件，并为工件缓存系统补充新的毛坯件

“我们齿轮零件的材料通常具有很强的磨蚀性。因此，制造过程需要由员工进行周期性监控，以便及时更换切削刀片或进行尺寸补偿。当然，每个机床制造商都有自己的监控方案，例如针对刀具寿命或刀具破损等。这些标准流程在我们这里自然也在运行。然而，我们身处一个要求极高的质量环境，仅仅监控磨损极限是不够的，而这正是我们的员工介入进行过程控制的关键所在。”

因此，Frank Verzahnungstechnik公司有意识地将更简单零件的生产转移到第三班（无人值守班次）。为此，在第二班结束前，操作员会对机床和TurnStacker Premium进行设置，为整个夜间的全自动化生产做好准备。

再次选择的解决方案

大约一年前，Frank Verzahnungstechnik公司进一步扩大了其车削车间的生产能力，其中包括通过引入一台配备主轴和副主轴的DMG MORI CLX 450 V6车削中心进行现代化改造。

基于对第一套Halter CNC Automation机器人单元极为积极的成果，Martin Frank早已决定为这台新机床也配备一套TurnStacker Premium实现自动化。

他总结道：“新机床与机器人单元的结合，为我们提供了与自2017年以来运行的系统相同的可能性。由此，我们在多个层面上实现了一定的冗余能力，因为这两套解决方案遵循相同的制造理念，因而能够生产相同的零件。这使我们车削加工灵活性得到了提升。如今，我们能够以最优的方式配置生产资源以满足客户需求，从而做出更快速的响应。”