Efficient deburring with robots

The story of Nürtingen-based KADIA Produktion GmbH + Co began back in 1959 with the production of honing tools. The first honing machines were developed ten years later. The company tapped into another branch of business in 1981 with the manufacture of deburring machines. Today, KADIA is a leading specialist in honing and deburring technology and currently employs 200 people.

Its main customers are car manufacturers and suppliers, construction and agricultural machinery manufacturers, wind power plant producers and the aerospace industry. While the manufacturer offers standard machinery in different sizes for honing, in principle, custom machines are built for deburring. Customers include major machine manufacturers that bring KADIA on board as a deburring expert.

In mechanical machining, a distinction is made between loose and fixed burrs. After deburring, depending on what’s required, the part should have sharp edges, edge rounding or a chamfer, which is why this is also known as edge design. To assess a burr, KADIA uses a simple but meaningful test using the lead of a mechanical pencil extended by five millimetres. If it can be used to remove the burr, then the burr is loose. If the lead breaks, it’s a fixed burr, which needs to either be milled off or can be left in place, as it won’t come off later.

The size of the workpiece is also crucial to machining processes that make use of robots. Guiding the workpiece is favoured for smaller parts. The robot guides the workpiece along fixed processing units. In a tool-guided strategy, the robot arm processes a workpiece firmly clamped in place. “For bigger workpieces, I’m much more skilful with the milling cutter in hand than if I have to move the bulky part,” explains Jannik Weiss, Sales Specialist Deburring & Robotics at KADIA.

KADIA社の開発の中心は、6軸産業用ロボットとクイック・リリース・ユニットを備えた5×6メートルのテストセルです。これにより、システムになる予定のものをテストすることが可能です。予備テストでは最適な切断データを決定し、安定性を評価します。セルには15個の交換可能なユニットがあり、ロボットは、このうち9つのユニットに半径2.70mで自動アクセスすることができます。各ユニットは、部品の加工に使用される特定の機能を表しています。一般的には、接続部と切削工具を備えたモータースピンドルで構成されています。

7軸目となる回転テーブルもテストセルの設備の一部であり、クーラント供給や追加プロセスユニットなど、他のシステムを収容する十分なスペースもあります。KADIA社では、同時にセル内で様々なテストを行うために複数の部品を装備しています。

バッテリー・トレイ用のダミー部品の初期予備テストでは、KADIA社はすでに在庫していたラウンド・インサート・ミーリング・カッターを使用しました。しかしこの工具は、この作業には全く適さないことが判明しました。発生した振動は非常に激しく、加工スピンドルさえも損傷したのです。切削値が低くてもフライス加工中のバックグラウンドノイズは隣接する建物にも響いていました。

アルミニウム製ハウジングに適したフライスカッターを提供するという課題において、MAPAL社がパートナーとして選ばれました。「私たちはどの工具メーカーとの協力が可能かを事前に評価しています。」とヤニック・ヴァイス氏は言います。KADIA社は当初、標準工具に重点を置いていました。工具メーカーが必要に応じてカスタム工具を製造することは、MAPAL社にとって大きなプラスでした。

しかしノルベルト・マイヤー氏は2つ目のフライスカッターで顧客に別の選択肢を示したいと考えていました。「私たちはこのような要求のためにFly Cutterを特別に開発したのです。」と彼は説明します。MAPALはロボット用途で発生する不安定な加工要件に特化して、この軽量工具を開発しました。BT30のような小さな接続部に最適化されています。革新的な設計とアルミニウムの使用により、ミーリングヘッドは特に軽量です。KADIAで使用されている直径63ミリのPCDミリングヘッドは、ミリングインサートを含めてわずか220グラムです。

繊細なウェッジ調整により、ミーリングチップのμ精度の調整が可能です。アリ溝ガイドと追加ウォームスクリューにより、ミーリングチップの完璧な着座と高精度の繰返し精度が保証されます。特殊な超ポジティブ刃先形状により、ワークとロボットにガイドされたツールスピンドルには弱い力しかかかりません。

バッテリートレイを加工する場合、μm単位の精度は必要ありません。実際、自動車メーカーが塗布したシーラントの持ちをよくするためには、表面にある程度の粗さが必要です。ただうねりが大きすぎてはいけません。テストではフライスカッターを限界を超えるまで動かし、比較的薄い部品のビビリ跡がどの点まで許容範囲内に収まっているかを調べました。

„Die Krux bei einer Roboterbearbeitung ist das Zusammenspiel zwischen Werkzeug, Vorrichtung und Roboter“, erläutert Norbert Meier. Die Steifigkeit ist ein grundsätzliches Problem bei der Bearbeitung. Je weiter der Roboterarm ausfährt, desto labiler wird die Zerspanung. In den Versuchen testet KADIA daher nicht nur unterschiedliche Schnittwerte, sondern auch verschiedene Positionierungen des Roboters vor oder neben dem Werkstück.

Für den vorliegenden Fall ermittelten die Partner als optimale Schnittdaten bei einer Spindeldrehzahl von 11.000 min-1 einen Vorschub von 0,16 m/s und eine Zustellung von 0,5 mm. Prozesssicher lieferte der FlyCutter eine sehr gute Oberflächenqualität. Diese Daten aus dem Versuchsstand hat KADIA in das Konzept für die Sondermaschine übernommen. Als wirtschaftlichste Lösung für die Serienfertigung hat der Hersteller dafür den Einsatz von drei Robotern in einer Zelle ermittelt. Während zwei sich die Bearbeitung der Vorderseite teilen, arbeitet der dritte an der Rückseite. Dem Kunden gibt KADIA nicht nur die Schnittdaten an die Hand, sondern kann bereits vor dem Bau der Maschine sagen, wie lange eine Bearbeitung dauert und was für eine Taktzeit damit zu realisieren ist. Das Entgraten einer großen Batteriewanne dauert demzufolge etwa 80 Sekunden. „Bei einem Roboterprozess sind solche Prozessangaben zu Schnittwerten noch nicht ganz so üblich wie bei einer CNC-Maschine. Je nach Positionierung des Roboters erzeugen gleiche Daten andere Ergebnisse“, sagt Jannik Weiss. 

Aufgrund der durchweg positiven Ergebnisse wollen KADIA und MAPAL ihre Zusammenarbeit vertiefen. Weitere Versuche für unterschiedliche Bearbeitungsprozesse sind bereits in Planung.