Fräsmaschine automatisieren: Kameragesteuerte Roboterlösung für CNC-Bearbeitungszentren

Mehr Maschinenauslastung, weniger Personalbindung, kürzere Durchlaufzeiten – das sind die zentralen Versprechen der CNC-Automation. Für viele Fertigungsbetriebe klingt das verlockend, wirft aber sofort praktische Fragen auf: Lässt sich meine bestehende Fräsmaschine überhaupt nachrüsten? Rechnet sich das auch bei kleinen und mittleren Serien? Und wie komplex ist die Einrichtung wirklich?

Dieser Artikel beantwortet genau diese Fragen – mit Fokus auf kameragesteuerte Roboterlösungen, die sich ohne aufwendige Maschinenmodifikationen an nahezu jede CNC-Fräsmaschine anbinden lassen.

Warum lohnt sich die Automation einer Fräsmaschine?

Spindelzeit maximieren: Von wenigen auf über 20 Stunden täglich

Eine Fräsmaschine, die auf einen Bediener wartet, produziert nicht. In der klassischen Einschichtfertigung läuft eine CNC-Maschine realistisch sechs bis acht Stunden produktiv. Der Rest ist Stillstand – über Nacht, am Wochenende, in Pausenzeiten. Genau hier setzt Roboterautomation an.

Das Fallbeispiel der SCHÖBEL CNC-Frästechnik zeigt das Potenzial konkret: Durch den Einsatz eines SherpaLoader® stieg die tägliche Spindelzeit von 6 auf über 20 Stunden. Der Umsatz der Anlage konnte damit mehr als verdoppelt werden – ohne zusätzliches Personal.

Fachkräftemangel strukturell kompensieren

Qualifiziertes Bedienpersonal ist knapp. Automatisierte Beladung bedeutet nicht, Menschen zu ersetzen – sie bedeutet, dass eine Fachkraft mehrere Maschinen gleichzeitig betreuen kann, statt an einer Maschine Teile zu wechseln. Bei ROLEC wurden durch den SherpaLoader® zeitintensive manuelle Eingriffe wie Reinigen, Registrieren und Neubestücken automatisiert. Fachkräfte wurden dadurch für wertschöpfende Tätigkeiten freigesetzt.

Kleinserie und Einzelteil – auch hier rechnet sich Automation

Der verbreitete Irrglaube: Automation rechnet sich erst ab großen Stückzahlen. In der Praxis ist entscheidend, wie häufig ähnliche Einrichtsituationen auftreten und wie schnell das System beim Teilewechsel umgerüstet ist. Kameragesteuerte Roboter ohne feste Vorrichtungen sind deshalb besonders für Betriebe mit wechselndem Teilespektrum interessant – dazu mehr im folgenden Abschnitt.

Welche Fräsmaschinen lassen sich automatisieren?

Die kurze Antwort: praktisch jede. Entscheidend sind im Wesentlichen drei Voraussetzungen: eine automatische oder nachrüstbare Maschinentür, eine Möglichkeit zur Signalübergabe an die Steuerung und ausreichend Zugang für den Roboterarm. Herstellerbindung spielt dabei keine Rolle.

3-Achs-Bearbeitungszentren (vertikale BAZ)

Vertikale 3-Achs-Fräsmaschinen sind der häufigste Einsatzfall in der Lohnfertigung. Sie bieten in der Regel guten Zugang über die Maschinentür und einfache Spannverhältnisse. Referenzinstallationen mit dem SherpaLoader® existieren unter anderem für die HAAS VF-Serie, MAZAK VCN-530C, CHIRON Mill 3000 und POSmill E-1100.

5-Achs-Bearbeitungszentren

5-Achs-Zentren haben längere Maschinenzyklen und wenig manuelle Eingriffe während der Bearbeitung – ideal für Automation. Bewährte Installationen mit dem SherpaLoader®: HERMLE C42U, HERMLE C400, DMG MORI DMU 60 eVo, GF Machining MILL E 700 U, GROB G550a und SPINNER U-1520.

Horizontale Bearbeitungszentren

Auch horizontale BAZ und Sondermaschinen lassen sich mit entsprechender Roboterreichweite automatisieren. Ein Beispiel ist die AXA HFB1 duo, eine Endenbearbeitungsmaschine für schwere Wellen, die mit dem SherpaLoader® und Europaletten-Bereitstellung vollautomatisch betrieben wird.

Maschinen ohne Drehdurchführung

Viele Fräsmaschinen besitzen keine pneumatische oder hydraulische Drehdurchführung und lassen sich daher nicht ohne Weiteres per Fernsteuerung spannen. Die Lösung ist ein elektrischer Drehmomentschrauber – der sogenannte Clampbooster – der neben dem Robotergreifer montiert wird und den mechanischen Schraubstock mit drehmomentgenauer Steuerung betätigt. Damit entfällt der kostenintensive Maschinenumbau vollständig. Der Clampbooster ist mit allen gängigen Schraubstöcken kompatibel.

Kameragesteuerte Werkstückerkennung: Was das konkret bedeutet

Viele Beladesysteme arbeiten mit festen Rasterplatten, Blechschablonen oder aufwendigen Speichermodulen, in denen Werkstücke exakt positioniert abgelegt werden müssen. Das funktioniert gut bei einem fixen Teilespektrum – ist aber ein erheblicher Aufwand bei wechselnden Serien.

Teile erkennen ohne Rasterplatten oder Schablonen

Das 3D-Kamera-Lasersystem SherpaVision® erkennt Werkstücke exakt dort, wo sie abgelegt wurden – ohne Rasterplatten, Anschläge oder Matrizen. Rohteile können auf gewöhnlichen Tischwagen, SpaceBox-Behältern oder Europaletten bereitgestellt werden. Der Roboter findet die Teile, ohne dass diese in exakt definierten Positionen liegen müssen. Eine integrierte Schutzklappe sichert die Optik auch in spanenden Umgebungen mit Kühlmittelnebel zuverlässig ab.

Umrüstung in unter 5 Minuten bei Teilewechsel

Bei einem Serienwechsel beträgt die Umrüstzeit weniger als fünf Minuten. Kein Matrizenwechsel, keine Neuprogrammierung des Kamerasystems, kein Vorrichtungsaufbau. Das macht die Automation auch für Betriebe mit täglich wechselndem Teilespektrum wirtschaftlich sinnvoll – und hebt den SherpaLoader® deutlich von magazinbasierten Systemen ab, bei denen jeder Teilewechsel aufwendige Einrichtarbeiten erfordert.

Kein Nullpunktspannsystem erforderlich

Während viele Automatisierungslösungen ein Nullpunktspannsystem als Grundvoraussetzung nennen, kommt der SherpaLoader® ohne diese Investition aus. Rohteile werden direkt in den vorhandenen Maschinenschraubstock eingelegt. Das senkt die Gesamtinvestition erheblich und ermöglicht den Einstieg in die Automation ohne tiefgreifende Änderungen an der bestehenden Fertigungsinfrastruktur.

Materialbereitstellung für Fräsmaschinen

Die Art der Materialbereitstellung richtet sich nach dem Teilespektrum und den Platzverhältnissen im Betrieb. Der SherpaLoader® unterstützt alle drei gängigen Konzepte – und lässt sich im laufenden Betrieb flexibel anpassen.

SpaceBox für kompakte Serienfertigung

Die SpaceBox bietet bis zu 6 m² nutzbare Bereitstellungsfläche auf einem Stellplatz von nur 1 m² Grundfläche – durch übereinandergestapelte Schubladen mit mehreren Ebenen. Besonders geeignet für quaderförmige Rohteile, Stahlzuschnitte und Kunststoffteile mittlerer Serien. Eingesetzt unter anderem bei HERMLE C400, DMG MORI DMU 60 eVo, MAZAK VCN-530C, HAAS VF-3 und GF Machining MILL E 700 U.

Tischwagen für wechselnde Geometrien und Prototypen

Für Betriebe mit sehr wechselnden Geometrien oder im Prototypenbetrieb bieten handelsübliche Tischwagen die einfachste und flexibelste Lösung. Keine Investition in Sonderbehälter, maximale Variabilität beim Teilewechsel. Referenzinstallationen: HURCO VMX30Ui, HERMLE C20U, DMG MORI CMX 70U.

Europaletten für schwere Teile und große Chargen

Für schwerere Rohteile, gestapelte Platten oder große Chargen bieten Europaletten die nötige Kapazität und Handhabbarkeit. Eingesetzt bei Installationen wie der GROB G550a und der POSmill E-1100.

SherpaLoader® M-Serie: Das richtige Modell für Ihre Anwendung

Für Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren ist die M-Serie des SherpaLoader® ausgelegt. Die Modellauswahl richtet sich nach dem Gewicht der zu handhabenden Werkstücke.

Leichte Werkstücke bis 12 kg: SherpaLoader® M7 und M12

Geeignet für Aluminium- und Kunststoffteile, Kleinteile und filigrane Geometrien. Die Modelle M7 und M12 sind kompakt und für enge Platzverhältnisse ausgelegt. Typische Anwendungen: Kunststoffgehäuse, Elektrodenrohlinge, Feinwerkteile.

Mittelschwere Teile bis 50 kg: SherpaLoader® M25 und M50

Der M25 handhabt Werkstücke bis 18 kg, der M50 bis 38 kg. Diese Modelle decken den größten Teil der Fräsanwendungen in der Lohnfertigung ab – Stahlzuschnitte, Gussteile, Aluminiumblöcke. Eine vollständige Übersicht aller Modelle finden Sie auf der SherpaLoader® Produktseite.

Schwere Werkstücke bis 88 kg: SherpaLoader® M88

Für Großteile im Werkzeug- und Formenbau, Aerospace-Komponenten oder großformatige Strukturteile. Der M88 bietet die nötige Tragfähigkeit für anspruchsvolle Anwendungen und ist ebenfalls in Kombination mit der SpaceBox verfügbar.

Nachrüstung bestehender Fräsmaschinen ohne Herstellerbindung

Anbindung moderner Maschinen per Profibus, Profinet oder Ethernet/IP

Neuere Fräsmaschinen werden über standardisierte Feldbusprotokolle angebunden. Die Integration ist in der Regel unkompliziert und erfordert keine Anpassungen an der Maschinensteuerung selbst. Der SherpaLoader® kommuniziert mit der Maschine über definierte Signale – Türöffnung, Spannfreigabe, Zyklusstart.

Ältere Maschinen via freie M-Funktionen und potenzialfreie Kontakte

Bei Maschinen ohne digitale Feldbusschnittstelle – also vielen Anlagen aus den 1990ern und frühen 2000ern – erfolgt die Kommunikation über freie M-Funktionen und potenzialfreie Kontakte. Eine kostenintensive Steuerungsnachrüstung ist nicht erforderlich. Dass das in der Praxis funktioniert, zeigt das Fallbeispiel der IPT Industrielle Präzisions-Technologien: Der SherpaLoader® M25 wurde dort an einer DECKEL MAHO implementiert – ohne kostenintensive Maschinenmodifikationen.

Automation ohne Drehdurchführung mit elektrischem Drehmomentschrauber

Fräsmaschinen ohne pneumatische oder hydraulische Drehdurchführung galten lange als schwierig zu automatisieren. Der Clampbooster löst dieses Problem: Als elektrischer Drehmomentschrauber wird er neben dem Robotergreifer montiert und betätigt den mechanischen Schraubstock mit drehmomentgenauer Steuerung. Alle gängigen Schraubstöcke sind kompatibel – kein Umbau der Maschine nötig.

Erweiterungsmodule für komplexe Fräsprozesse

Die Automation endet nicht beim Be- und Entladen. Weitere Prozessschritte lassen sich nahtlos in den automatisierten Ablauf integrieren.

Bauteilwendung für OP2-Bearbeitung

Eine integrierte Wendestation ermöglicht die automatisierte Übergabe des Werkstücks für die Rückseitenbearbeitung – ohne manuellen Eingriff zwischen den Operationen. Das schafft die Grundlage für echte Komplettbearbeitung in mannloser Fertigung.

Qualitätssicherung: Messen im Prozess

Ein in den Entladeprozess integriertes Koordinatenmessgerät ermöglicht die Zwischenprüfung direkt nach der Bearbeitung. Maßabweichungen werden erkannt, bevor das Teil in den nächsten Arbeitsschritt wandert. Das sichert konstante Qualität auch über lange mannlose Laufzeiten.

Reinigung, Markierung und Abstechen

Weitere optionale Module: eine Reinigungsstation zur Entfernung von Spänen und Kühlschmierstoff nach der Bearbeitung, eine Nadel-Markierstation für die Bauteilkennzeichnung direkt im Prozess sowie ein Abstechmodul zur Fertigung mehrerer Teile aus einem Rohling. Alle Module sind in der Videoübersicht mit konkreten Anwendungsbeispielen dokumentiert.

Bewährte Automation: Referenzen an realen Fräsmaschinen

Alle folgenden Installationen sind mit Referenzvideos auf der Videoseite dokumentiert – gefiltert nach Hersteller, Anwendung oder Bereitstellungskonzept.

HERMLE C42U – Kunststoffteile mit SpaceBox

Automation einer HERMLE C42U 5-Achs-Fräsmaschine zur Bearbeitung von Kunststoffteilen. Bereitstellung über SpaceBox mit kameragestützter Erkennung. Weitere HERMLE-Installationen: HERMLE C400 mit Stahlzuschnitten und HERMLE C20U mit Tischwagen-Konzept für gesägte Quader.

DMG MORI DMU 60 eVo – Stahlzuschnitte im 5-Achs-Betrieb

Automation einer DMG MORI DMU 60 eVo 5-Achs-Fräsmaschine zur Bearbeitung von Stahlzuschnitten, bereitgestellt über SpaceBox. Weitere DMG MORI Installationen auf der Hersteller-Seite.

HAAS VF-3 – empfindliche Gehäuse mit Kameraerkennung

Automation einer HAAS VF-3 5-Achs-Maschine zur Bearbeitung empfindlicher Kunststoffgehäuse mit SpaceBox-Bereitstellung. Weitere HAAS-Referenzen: HAAS VF-2SS mit Vakuumgreifer und HAAS UMC 750 mit Tischwagen. Alle Installationen auf der HAAS-Seite.

Weitere Installationen an MAZAK, Spinner, GROB, GF Machining und mehr

Der SherpaLoader® ist herstellerunabhängig und läuft an Maschinen zahlreicher weiterer Hersteller: MAZAK VCN-530C, SPINNER U-2520 und U-1520, GROB G550a, GF Machining MILL E 700 U, CHIRON Mill 3000 und POSmill E-1100. Die vollständige Liste aller Referenzinstallationen finden Sie in der Videoübersicht.

ROI und Amortisation: Was bringt die Automation konkret?

Amortisation unter 12 Monaten – Rechenbeispiel

Die Amortisationszeit liegt bei einer typischen Installation bei unter 12 Monaten. Entscheidend sind drei Faktoren: die bisherige Maschinenlaufzeit, der lokale Personalkostensatz und die Anzahl der mannlosen Schichten, die durch die Automation gewonnen werden. Im Rahmen der Beratung erstellt SHERPA eine individuelle ROI-Berechnung auf Basis Ihrer Produktionssituation.

Fallbeispiel: 14 Stunden zusätzliche Spindelzeit täglich bei Schöbel

Durch den Einsatz des SherpaLoader® bei SCHÖBEL CNC-Frästechnik stieg die tägliche Spindelzeit von 6 auf über 20 Stunden. Der Betrieb läuft seither auch an Wochenenden ohne zusätzlichen Personaleinsatz. Der Umsatz der Anlage konnte damit mehr als verdoppelt werden.

60 Stunden autonome Wochenendproduktion bei Liebl

CNC-Fertigungstechnik Liebl konnte durch den SherpaLoader® die Liefertreue erheblich steigern: Eilaufträge und Serienproduktionen werden nun auch nachts und am Wochenende automatisiert bearbeitet. 60 Stunden autonome Fertigung pro Woche ohne zusätzliches Personal – mit direktem Effekt auf Kapazitätsplanung und Wettbewerbsfähigkeit.

Häufige Fragen zur Fräsmaschinen-Automation

Welche Voraussetzungen braucht meine Fräsmaschine?

Im Wesentlichen drei: eine automatische oder nachrüstbare Maschinentür, eine Möglichkeit zur Signalübergabe an die Steuerung und ausreichend Zugang für den Roboterarm. Ob und wie diese Voraussetzungen bei Ihrer Maschine gegeben sind, prüft das SHERPA-Team im Rahmen einer individuellen Anforderungsanalyse. Weitere Informationen dazu finden Sie auf der Seite So funktioniert's.

Beeinflusst die Nachrüstung die Maschinengarantie?

Da der SherpaLoader® extern an die Maschine angebunden wird und keine Eingriffe in die Maschinenstruktur oder die Original-Steuerung voraussetzt, bleibt die Herstellergarantie in der Regel unberührt. Für Ihre konkrete Maschine klärt das SHERPA-Team das im Rahmen der Beratung.

Wie lange dauert die Installation?

Die Installation ist auf wenige Tage begrenzt. Die schnellste dokumentierte Installation inklusive Schulung dauerte drei Tage. SHERPA koordiniert den Ablauf so, dass die Produktionsunterbrechung minimal bleibt.

Funktioniert das auch mit meiner älteren Maschine?

Ja. Über freie M-Funktionen und potenzialfreie Kontakte lassen sich auch Steuerungen ohne digitale Feldbusschnittstelle anbinden. Eine Steuerungsnachrüstung ist in der Regel nicht erforderlich – ein einfaches Start/Stopp-Signal an den Roboter ist ausreichend.

Beratung und nächste Schritte

Jede Fertigungsumgebung ist anders. SHERPA beginnt deshalb mit einer individuellen Anforderungsanalyse: Welche Maschine, welche Teile, welche Losgrößen, welche Platzsituation – und welches Modell passt dazu. Auf dieser Basis entsteht ein passgenaues Automatisierungskonzept inklusive ROI-Berechnung.

Alle Kundenreferenzen finden Sie in den Kundenberichten. Konkrete Installationen an realen Maschinen zeigt die Videoseite – filterbar nach Hersteller, Anwendung und Bereitstellungskonzept.