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.

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.

Für erste Vorversuche an einem Dummy-Bauteil der Batteriewanne verwendete KADIA einen bereits in der Fertigung vorhandenen Rundplattenfräser. Das Werkzeug erwies sich als völlig ungeeignet für die Aufgabe. Die auftretenden Schwingungen waren so stark, dass sogar die Bearbeitungsspindel Schaden nahm. Selbst bei niedrigen Schnittwerten machte sich die Geräuschkulisse beim Fräsen noch im Nebengebäude störend bemerkbar. 

Wegen eines geeigneten Fräsers für das Aluminiumgehäuse wurde MAPAL als Problemlöser gewählt. „Wir informieren uns im Vorfeld, bei welchem Werkzeughersteller wir das Potenzial für eine Zusammenarbeit sehen“, berichtet Jannik Weiss. Zwar fokussiert man sich bei KADIA zunächst auf Standardwerkzeuge, doch war es durchaus ein Pluspunkt für MAPAL, dass der Werkzeughersteller bei Bedarf Sonderwerkzeuge entwickelt. 

Norbert Meier wollte dem Kunden mit dem zweiten Fräser eine Alternative aufzeigen, hatte mit diesem Ergebnis aber gerechnet. „Unseren FlyCutter haben wir ganz speziell für derartige Anforderungen im Portfolio“, erläutert er. MAPAL hat das leichte Werkzeug gezielt für labile Voraussetzungen in der Bearbeitung entwickelt, wie sie bei Roboteranwendungen auftreten. Er ist optimiert für kleine Schnittstellen wie etwa BT30. Das innovative Design und der Einsatz von Aluminium sorgen für ein besonders geringes Gewicht des Fräskopfes. Mit dem bei KADIA verwendeten Durchmesser von 63 Millimetern wiegt der PKD-Fräskopf inklusive der Fräseinsätze gerade mal 220 Gramm.

Die feinfühlige Keiljustierung ermöglicht die μm-genaue Einstellung der Fräseinsätze. Die Schwalbenschwanzführung und eine zusätzliche Wurmschraube sorgen für einen perfekten Sitz und eine hohe Wiederholgenauigkeit bei der Montage der Fräseinsätze. Durch die spezielle, hochpositive Schneidengeometrie wirken nur geringe Kräfte auf das Bauteil und die vom Roboter geführte Werkzeugspindel. 

Bei der Bearbeitung der Batteriewanne kommt es auf Oberflächengenauigkeit im mµ-Bereich nicht an, im Gegenteil: Damit das vom Automobilhersteller aufzubringende Dichtmittel besser hält, war sogar eine gewisse Rauigkeit der Oberfläche gewünscht. Nur die Welligkeit durfte nicht zu groß werden. In den Versuchen wurde der Fräser über das Limit hinaus bewegt, um festzustellen, bis zu welchem Punkt entstehende Rattermarken an dem relativ dünnen Bauteil noch innerhalb der verlangten Toleranz liegen.

“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.