Efficient deburring with robots

Die Unternehmensgeschichte der KADIA Produktion GmbH + Co in Nürtingen begann 1959 mit der Herstellung von Honwerkzeugen. Zehn Jahre später wurden die ersten Honmaschinen entwickelt. Einen weiteren Geschäftszweig erschloss sich das Unternehmen seit 1981 mit der Herstellung von Entgratmaschinen. Heute gehört KADIA zu den führenden Spezialisten für Hon- und Entgrattechnologie und beschäftigt aktuell 200 Mitarbeiter. 

Kunden sind vor allem Automobilhersteller und Zulieferer, Hersteller von Bau- und Agrarmaschinen oder Windkraftanlagen sowie der Flugzeugbau. Während der Hersteller für das Honen Standardmaschinen in verschiedenen Größen anbietet, werden für das Entgraten grundsätzlich Sondermaschinen gebaut. Zum Kundenkreis gehören auch große Maschinenhersteller, die KADIA als Entgratexperte mit an Bord holen.

Bei der mechanischen Bearbeitung unterscheidet man zwischen losen und festen Graten. Nach dem Entgraten soll das Bauteil je nach Anforderung scharfkantig, mit Kantenverrundung oder mit einer Fase ausgestattet sein, weshalb hier auch von Kantendesign gesprochen wird. Zur Beurteilung eines losen Grats setzt KADIA einen ebenso simplen wie aussagkräftigen Test ein, für den die um fünf Millimeter ausgefahrene Mine eines Druckbleistifts dient. Kann der Grat damit entfernt werden, ist er lose. Bricht die Mine ab, hat man es mit einem festen Grat zu tun, der je nach Anforderung weggefräst werden muss oder stehen bleiben darf, da er sich später nicht löst.

Für die Bearbeitung mit einem Roboter ist auch die Größe des Werkstücks entscheidend. Bei kleineren Bauteilen wird die Führung des Werkstücks favorisiert. Der Roboter fährt dabei das Werkstück an fest montierten Bearbeitungseinheiten entlang. Bei einer Werkzeug-geführten Strategie bearbeitet der Roboterarm ein fest eingespanntes Werkstück. „Bei großen Werkstücken bin ich mit dem Fräser in der Hand wesentlich geschickter, als wenn ich das sperrige Teil bewegen muss“, erläutert Jannik Weiss, Vertrieb Entgratmaschinen bei KADIA.

The centrepiece of development at KADIA is a five-by-six-metre test cell with a six-axle industrial robot and a quick-release unit. This enables testing of what is set to go on to become the system. Preliminary tests determine the optimum cutting data and assess stability. The cell is home to 15 changeable units. The robot has automated access with an action radius of 2.70 m to nine of these. Each unit represents a specific function that is used for machining a part. Typically, it consists of a motor spindle with a connection and a cutting tool.

A rotary table as the seventh axle is also part of the equipment of the test cell, which also has enough space to accommodate other systems, such as coolant supply or additional process units. At KADIA, several parts are equipped for various tests in the cell at the same time.

For initial preliminary tests on a dummy part for the battery tray, KADIA used a round-insert milling cutter already in stock in. The tool proved wholly unsuitable for the task. The vibrations that occurred were so severe that even the processing spindle was damaged. Even with low cutting values, the background noise during milling was still noticeable in the adjacent building.

With the task to deliver a suitable milling cutter for the aluminium housing, MAPAL was chosen as the partner of choice. “We evaluate in advance in which tool manufacturer we see the potential for cooperation,” says Jannik Weiss. Although KADIA initially focuses on standard tools, it was a major plus for MAPAL that the tool manufacturer produces custom tools where necessary.

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。

“The crux of robot processing is the interplay between tool, fixture and robot,” explains Norbert Meier. Rigidity is a fundamental issue in machining. The further the robot arm extends, the more unstable the machining. That’s why KADIA doesn’t just test various cutting data, but also various positions for the robot, in front of or beside the workpiece.

In this case, the partners determined that the optimum cutting data for a spindle speed of 11,000 rpm was a feed of 0.16 m/s and material removal rate of 0.5 mm. The FlyCutter reliably delivered very good surface quality. KADIA incorporated this test data into the concept for the custom machine. The manufacturer therefore determined that the use of three robots in one cell would be the most cost-efficient solution for series production. While two share machining on the front side, the third works on the rear. In addition to the cutting data, KADIA delivers the customer with the duration of the machining steps and the cycle time that can be achieved. Accordingly, deburring a large battery tray will take around 80 seconds. “In a robot process, such process information on cutting data is not as standard as for a CNC machine. Depending on the robot’s positioning, the same data generates different results,” says Jannik Weiss.

Due to the thoroughly positive results, KADIA and MAPAL wish to deepen their cooperation. Further testing for various machining processes is already planned.