Bearbeitungszentrum automatisieren: Roboterlösungen für die Fräsbearbeitung
Warum ein Bearbeitungszentrum automatisieren? Ein Bearbeitungszentrum ist eine erhebliche Investition. Die Maschine amortisiert sich über die Teile, die sie produziert – und dafür muss die Spindel drehen. In vielen Betrieben steht das Bearbeitungszentrum jedoch einen Großteil des Tages still: nachts, am Wochenende, in den Pausen. Das ist ungenutztes Potenzial. Die Automatisierung löst dieses Problem. Ein […]
Warum ein Bearbeitungszentrum automatisieren?
Ein Bearbeitungszentrum ist eine erhebliche Investition. Die Maschine amortisiert sich über die Teile, die sie produziert – und dafür muss die Spindel drehen. In vielen Betrieben steht das Bearbeitungszentrum jedoch einen Großteil des Tages still: nachts, am Wochenende, in den Pausen. Das ist ungenutztes Potenzial.
Die Automatisierung löst dieses Problem. Ein Roboter übernimmt das Be- und Entladen der Maschine und versorgt sie kontinuierlich mit Werkstücken. Die Fertigung läuft weiter, auch wenn kein Bediener vor Ort ist. So wird aus einer Einschicht-Maschine ein Produktionssystem, das rund um die Uhr arbeiten kann.
Hinzu kommt der Fachkräftemangel. Qualifizierte Maschinenbediener sind schwer zu finden, und ihre Zeit ist zu wertvoll für repetitive Aufgaben wie das Einlegen und Entnehmen von Werkstücken. Mit einer Automatisierung verschieben sich die Aufgaben: Die Fachkräfte rüsten, optimieren und überwachen – der Roboter übernimmt die Routine.
Vorteile der Automation von Bearbeitungszentren
Mehr Spindelstunden durch mannlose Fertigung
Die Spindelzeit ist die entscheidende Kennzahl. Sie gibt an, wie viele Stunden pro Tag das Bearbeitungszentrum tatsächlich Werkstücke bearbeitet. Ohne Automation liegt dieser Wert oft bei sechs bis acht Stunden – begrenzt durch Schichtzeiten und Personalverfügbarkeit.
Mit einem Beladeroboter ändert sich das Verhältnis grundlegend. Die Maschine produziert weiter, wenn die Mitarbeiter Feierabend machen. Sie läuft durch die Nacht und am Wochenende. Tägliche Spindelzeiten von 16, 20 oder mehr Stunden werden erreichbar – mit derselben Maschine und ohne zusätzliches Personal.
Fachkräfte entlasten und effizienter einsetzen
Das manuelle Be- und Entladen eines Bearbeitungszentrums ist monoton und körperlich belastend. Qualifizierte Zerspaner verbringen wertvolle Arbeitszeit damit, auf das Ende eines Bearbeitungszyklus zu warten, Fertigteile zu entnehmen und neue Rohteile einzulegen.
Mit einer Automatisierung übernimmt der Roboter diese Routine. Die Fachkräfte konzentrieren sich stattdessen auf Qualitätsprüfung, Prozessoptimierung und das Einfahren neuer Werkstücke. Ein Mitarbeiter kann mehrere automatisierte Maschinen betreuen – das entschärft den Personalmangel, ohne auf Erfahrung verzichten zu müssen.
Konstante Qualität durch präzises Werkstückhandling
Menschen arbeiten unterschiedlich – je nach Tagesform, Konzentration und Routine. Ein Roboter hingegen positioniert jedes Werkstück mit derselben Genauigkeit und spannt mit konstantem Drehmoment. Kleine Variationen beim manuellen Einlegen, die sich über eine Serie summieren, entfallen.
Das Ergebnis: weniger Ausschuss durch Positionierfehler, gleichmäßigere Bearbeitungsergebnisse und stabilere Prozesse. Besonders bei engen Toleranzen oder empfindlichen Oberflächen macht sich dieser Vorteil bemerkbar.
Flexibilität bei kleinen und mittleren Losgrößen
Ein verbreitetes Vorurteil: Automatisierung lohnt sich nur für Großserien. Das Gegenteil ist der Fall. Moderne Systeme sind auf schnelle Werkstückwechsel ausgelegt und ermöglichen wirtschaftliche Automation auch bei Losgrößen von 10, 50 oder 100 Teilen.
Entscheidend ist die Umrüstzeit. Wenn der Wechsel zwischen zwei Werkstücktypen nur wenige Minuten dauert, rechnet sich die Automatisierung auch für kleinere Aufträge. Die Maschine produziert abends die eine Serie, nachts die nächste – ohne dass jemand dazwischen eingreifen muss.
Automatisierungskonzepte für Bearbeitungszentren
Palettenautomation vs. Werkstückautomation
Bei der Automatisierung von Bearbeitungszentren gibt es zwei grundlegende Ansätze. Die Palettenautomation arbeitet mit vorgerüsteten Spannvorrichtungen: Werkstücke werden außerhalb der Maschine auf Paletten gespannt, der Roboter wechselt dann komplette Paletten in den Arbeitsraum. Dieses Konzept eignet sich besonders für komplexe Aufspannungen und längere Bearbeitungszeiten.
Die Werkstückautomation geht einen anderen Weg: Der Roboter handhabt die Werkstücke direkt und setzt sie in eine Spannvorrichtung im Arbeitsraum ein. Dieses Konzept ist flexibler bei wechselnden Teilen und erfordert weniger Investition in Paletten und Nullpunktspannsysteme.
Beide Ansätze haben ihre Berechtigung. Die Wahl hängt vom Teilespektrum, den Bearbeitungszeiten und den vorhandenen Spannmitteln ab.
Systeme mit Rasterplatten und Magazinen
Die meisten Automatisierungslösungen für Bearbeitungszentren arbeiten mit mechanischen Ordnungssystemen. Werkstücke werden in festen Positionen bereitgestellt – auf Rasterplatten, in Schubladen oder Magazinen. Der Roboter fährt die vordefinierten Koordinaten ab.
Diese Systeme funktionieren zuverlässig bei gleichbleibenden Werkstücken. Die Teile müssen allerdings exakt in ihre vorgesehenen Positionen einsortiert werden. Für jede neue Geometrie braucht es angepasste Raster oder neue Aufnahmen. Der Umrüstaufwand steigt mit der Teilevielfalt.
Kameragesteuerte Automation ohne Vorrichtungen
Ein alternativer Ansatz verzichtet auf feste Werkstückpositionen. Stattdessen erfasst ein 3D-Kamerasystem die Lage jedes einzelnen Werkstücks im Bereitstellungsbereich. Der Roboter sieht, wo die Teile liegen, und passt seine Greifbewegung entsprechend an.
Das bedeutet: Werkstücke können ohne aufwändiges Einsortieren bereitgestellt werden. Sägeabschnitte, Gussteile oder Quader werden einfach in den Erfassungsbereich gelegt. Die Kamera erkennt Position und Orientierung, der Roboter greift zu. Der Vorteil zeigt sich besonders bei häufigen Werkstückwechseln – es entfallen Rasterplatten, Matrizen und andere werkstückspezifische Vorrichtungen.
SherpaLoader® M-Serie: Bearbeitungszentren kameragesteuert automatisieren
3D-Werkstückerkennung mit SherpaVision®
Den Kern des SherpaLoader® bildet das 3D-Kamera-Lasersystem SherpaVision®. Es erfasst Werkstücke dort, wo sie tatsächlich liegen – ohne Rasterplatten, ohne Matrizen, ohne mechanische Positionierhilfen.
Das Funktionsprinzip: Ein Laserscanner erzeugt eine dreidimensionale Punktwolke des Bereitstellungsbereichs. Die Software analysiert diese Daten, erkennt die Werkstücke anhand ihrer Geometrie und berechnet die optimale Greifposition. Der gesamte Vorgang dauert nur wenige Sekunden. Eine integrierte Schutzklappe sichert die optischen Komponenten vor Spänen und Kühlschmierstoff. Mehr zum Funktionsprinzip unter So funktioniert's.
Umrüstung in unter 5 Minuten
Bei wechselnden Aufträgen zählt jede Minute Stillstand. Der SherpaLoader® ist auf kurze Umrüstzeiten ausgelegt: Ein Werkstückwechsel dauert weniger als fünf Minuten.
Der Grund liegt im Verzicht auf mechanische Vorrichtungen. Es müssen keine Raster getauscht, keine Positionen umprogrammiert und keine Greifer umgebaut werden. Der Bediener gibt die neue Werkstückgeometrie über die Dialogsteuerung ein – den Rest erledigt das System automatisch.
Die Bedienung erfolgt über ein 17-Zoll-Touchdisplay mit intuitiver Benutzerführung. Komplexe Roboterprogrammierung ist nicht erforderlich. Auch Mitarbeiter ohne spezielle Vorkenntnisse können das System nach kurzer Einweisung bedienen.
Traglastbereiche von 7 bis 225 kg
Die M-Serie des SherpaLoader® deckt das gesamte Spektrum der Fräsbearbeitung ab. Für leichte Werkstücke in der Feinwerk- oder Medizintechnik eignen sich die kompakten Modelle M7 und M12. Der M25 und M50 bewegen Teile bis 18 kg beziehungsweise 38 kg – passend für Stahlzuschnitte, Aluminiumblöcke oder Gussteile.
Schwere Werkstücke bis 73 kg übernimmt der M88, für noch höhere Gewichte ist der M225 ausgelegt. Damit lassen sich auch Werkstücke automatisieren, die für viele Wettbewerbssysteme zu schwer sind.
Bearbeitungszentren verschiedener Hersteller automatisieren
DMG MORI Bearbeitungszentren
DMG MORI Bearbeitungszentren der Baureihen DMU, CMX und DMC lassen sich mit dem SherpaLoader® automatisieren. Die Anbindung erfolgt über Profibus oder Profinet – eine direkte Kommunikation mit der Steuerung ist gewährleistet. Auch ältere Modelle aus der Deckel Maho oder Gildemeister Ära sind nachrüstbar.
Hermle Bearbeitungszentren
Hermle Bearbeitungszentren der C-Serie – von der kompakten C 12 bis zur großen C 52 – sind für die Automation mit dem SherpaLoader® geeignet. Die Integration erfolgt über die Heidenhain-Steuerung, der Zugang zu Werkzeugmagazin und Späneförderer bleibt erhalten.
MAZAK Bearbeitungszentren
MAZAK Bearbeitungszentren der VCN-Serie und Variaxis-Baureihe lassen sich ohne Eingriff in die Mazatrol-Steuerung automatisieren. Der SherpaLoader® kommuniziert über standardisierte Schnittstellen – eine Modifikation durch den Maschinenhersteller ist nicht erforderlich.
Weitere Hersteller
Das Prinzip der universellen Schnittstellen gilt herstellerübergreifend. Bearbeitungszentren von Okuma, HAAS, Hurco, Spinner und anderen Herstellern lassen sich ebenfalls mit dem SherpaLoader® automatisieren. Entscheidend ist nicht die Maschinenmarke, sondern die grundsätzliche Eignung für eine Roboteranbindung.
Werkstückbereitstellung für automatisierte Bearbeitungszentren
SpaceBox für chaotische Bereitstellung
Die SpaceBox ist das zentrale Bereitstellungskonzept für kameragesteuerte Automation. Werkstücke werden ohne feste Ordnung in einem definierten Bereich abgelegt. Die 3D-Kamera erfasst die Position jedes einzelnen Teils und der Roboter greift sie nacheinander ab.
Dieses Konzept eignet sich besonders für Werkstücke, die sich nicht oder nur schwer stapeln lassen. Sägeabschnitte, Gussteile oder unregelmäßig geformte Rohlinge können einfach in die SpaceBox gelegt werden – ohne zeitaufwändiges Einsortieren.
Tischwagen für Kleinserien
Tischwagen bieten eine mobile Alternative zur stationären Werkstückbereitstellung. Die Werkstücke werden auf fahrbaren Wagen vorbereitet und zum Roboter gebracht. Nach Abarbeitung eines Wagens wird dieser gegen einen neuen getauscht.
Diese Lösung eignet sich für Betriebe mit häufig wechselnden Aufträgen. Die Vorbereitung kann abseits der Maschine erfolgen, während die Produktion weiterläuft.
Paletten für schwere Werkstücke
Für schwere Werkstücke und große Serien hat sich die Bereitstellung auf Europaletten bewährt. Die Teile werden gestapelt oder in Lagen angeordnet. Der Roboter arbeitet die Palette Schicht für Schicht ab.
Eine einzelne Palette kann je nach Werkstückgewicht mehrere Stunden autonome Fertigung ermöglichen. Die Paletten lassen sich mit Gabelstapler oder Hubwagen transportieren – das vereinfacht die Logistik.
Bestandsmaschinen nachrüsten
Universelle Schnittstellen für alle Steuerungen
Viele Betriebe verfügen über einen gewachsenen Maschinenpark mit Steuerungen unterschiedlicher Hersteller und Generationen. Der SherpaLoader® ist auf universelle Kompatibilität ausgelegt.
Neuere Maschinen werden über digitale Protokolle angebunden: Profibus, Profinet oder Ethernet/IP. Bei älteren Bearbeitungszentren ohne moderne Schnittstellen erfolgt die Anbindung über freie M-Funktionen und potenzialfreie Kontakte. Diese Methode funktioniert herstellerübergreifend und erfordert keine Eingriffe in die bestehende Steuerungssoftware.
Integration ohne Maschinenmodifikation
Ein häufiges Hindernis bei der Nachrüstung: Der Maschinenhersteller verlangt teure Umbauten oder herstellerspezifische Komponenten. Der SherpaLoader® arbeitet unabhängig von solchen Vorgaben.
Die Integration erfolgt ohne Modifikation der Maschinensteuerung. Auch Bearbeitungszentren ohne Drehdurchführung lassen sich automatisieren – ein elektrischer Spindelantrieb übernimmt die drehmomentgenaue Steuerung des Anzugsmoments beim Spannen.
Wirtschaftlichkeit der Automation
Amortisation innerhalb von 12 Monaten
Die Investition in eine Automatisierung rechnet sich schneller als viele Betriebe erwarten. In der Regel amortisiert sich ein System innerhalb von 12 Monaten – vorausgesetzt, die gewonnene Maschinenkapazität wird tatsächlich genutzt.
Die Rechnung ist einfach: Jede zusätzliche Spindelstunde generiert Umsatz. Wenn ein Bearbeitungszentrum statt 8 Stunden künftig 16 oder 20 Stunden pro Tag läuft, steigt die Ausbringung entsprechend. Eine individuelle ROI-Berechnung vor der Investition schafft Klarheit über das wirtschaftliche Potenzial.
Produktivitätssteigerung durch erweiterte Laufzeiten
Der größte Hebel liegt außerhalb der regulären Arbeitszeiten. Ein Bearbeitungszentrum, das nur während der Tagesschicht bedient wird, steht 16 Stunden am Tag still – und am Wochenende weitere 48 Stunden.
Mit einer Automatisierung arbeitet die Maschine weiter, auch wenn kein Bediener vor Ort ist. In der Praxis berichten Anwender von Steigerungen der täglichen Spindelzeit um 10, 14 oder mehr Stunden. Mehr dazu in unseren Kundenberichten.
Häufige Fragen zur Automation von Bearbeitungszentren
Welche Bearbeitungszentren lassen sich automatisieren?
Grundsätzlich lässt sich nahezu jedes Bearbeitungszentrum automatisieren – unabhängig von Hersteller, Baujahr oder Steuerungstyp. Entscheidend sind die Zugänglichkeit des Arbeitsraums, die verfügbaren Schnittstellen und die Art der Werkstückspannung.
3-Achs-Maschinen, 5-Achs-Bearbeitungszentren und Portalfräsmaschinen sind gleichermaßen geeignet. Die universellen Schnittstellen des SherpaLoader® ermöglichen die Anbindung an Steuerungen von Siemens, Fanuc, Heidenhain, Mazak und anderen Herstellern.
Sind Programmierkenntnisse erforderlich?
Nein. Der SherpaLoader® ist auf einfache Bedienung ausgelegt. Die Einrichtung neuer Werkstücke erfolgt über eine grafische Dialogsteuerung am Touchdisplay – ohne Programmiercode, ohne Robotersprache.
Der Bediener gibt die relevanten Parameter ein: Werkstückabmessungen, Greifpositionen, Ablageorte. Das System übernimmt die Umsetzung automatisch. Auch Mitarbeiter ohne Erfahrung in der Roboterprogrammierung können nach kurzer Einweisung selbstständig arbeiten.
Wie lange dauert die Installation?
Die Installationsdauer hängt von den Gegebenheiten vor Ort ab. Bei günstigen Voraussetzungen ist eine Inbetriebnahme inklusive Einweisung in wenigen Tagen möglich.
Die schnellste dokumentierte Installation dauerte drei Tage: Aufstellung, Anbindung an die Maschine, Einrichtung des ersten Werkstücks und Schulung der Bediener. Die Maschine muss während der Installation nicht zwingend stillstehen – Vorarbeiten lassen sich oft in Randzeiten erledigen.
Beratung für Ihr Bearbeitungszentrum
Anforderungsanalyse für Ihre Fertigung
Jede Fertigung ist anders. Werkstückspektrum, Maschinenpark, Losgrößen und Platzverhältnisse unterscheiden sich von Betrieb zu Betrieb. Am Anfang steht eine systematische Anforderungsanalyse.
Welche Bearbeitungszentren sollen automatisiert werden? Welche Werkstücke laufen am häufigsten? Wie viel Platz steht zur Verfügung? Aus diesen Informationen entsteht ein Automatisierungskonzept, das auf die konkreten Anforderungen zugeschnitten ist – inklusive Wirtschaftlichkeitsberechnung.
Live-Demonstration an Ihrer Maschine
Technische Datenblätter vermitteln einen ersten Eindruck – aber nichts ersetzt den Blick auf das laufende System. Eine Live-Demonstration zeigt, wie die Automatisierung in der Praxis arbeitet: wie schnell die Werkstückerkennung funktioniert, wie der Greifvorgang abläuft, wie einfach die Bedienung ist.
Idealerweise findet diese Demonstration direkt an der Maschine statt, die später automatisiert werden soll.
