Frank齿轮加工厂坐落于（巴登符腾堡州）Wehr以东约30 km处，凭借其高精度驱动齿轮等多元化产品，服务于众多工业领域。工厂所有者Martin Frank先生表示：“我们拥有20名员工，专注于为通用机械制造厂商提供齿轮、齿轮轴及蜗杆等关键零部件。” 这些产品下游市场广阔，广泛涉足于包装、液压、机器人、运输机械、洁净室与真空工程，以及医疗和食品行业。

图1  为了便于上下料，机器人配备了一套复式机械手：一只用于从机床中取出加工后的成品，另一只则用于从托盘上抓取毛坯

深厚的加工能力

Frank齿轮加工厂具备极深的加工深度，所有产品均按客户要求定制，展现出卓越的加工能力。Frank先生介绍说：“我们的业务覆盖从原材料采购到所有切削工艺，直至最复杂的磨削环节，最终直接交付成品。订单规模灵活，既可以是单件或五件的小批量，也可承接多达5000件的大订单。”

由于产品多为客户定制的特制或特定型号，Frank齿轮加工厂并非传统意义上的批量生产商。正因如此，他们建立了一套多层次的生产体系，并配备了市面上极为少见的同型号检测设备。

能够高效应对不同批量规模的生产需求，尤其是高度自动化的齿轮加工，是Frank公司的一大核心优势。Frank先生强调：“从50件起订量开始，我们便全面采用自动化生产方式。而对于更小批量的订单，我们同样能快速、灵活地响应，并实现经济的生产组织。与其他合同制造商相比，这无疑构成了我们显著的竞争优势。”

大型工件的自动化生产

正因如此，Frank公司于2017年引入Halter CNC的Tumstacker Premium机器人单元，用于自动车床的上下料。尽管工厂已配备如车床棒料自动装载机等局部自动化方案，但其加工棒料的直径规格远超最大直径通常仅为60～65  mm的传统装载机。

这也解释了大批量与大直径齿轮零件需在立式车床上生产的原因。此类生产通常使用圆形回转工作台进行自动化，但其毛坯装夹数量有限。“这种方式只能完成毛坯单侧加工。 ”Frank先生解释道，“而我们的目标是在一台机床上完成双侧车削，例如在DMG Mori CTX beta 800立式车床上，利用其性能相同的主轴与副主轴，实现对大型齿轮零件更高效的双面加工。”

谈及在展会中看中的机器人单元方案，Frank先生特别指出：“我们的实践证实，对于放置对称轴回转体毛坯的托盘堆垛站而言，这一机器人单元方案是最灵活且最富成效的解决方案。”

图2  “在第二班次结束前Frank公司的操作者就开始调整加工设备和Turnstacker Premium机器人，做好它们能够全自动的完成第三班生产任务的全部准备工作。”Frank齿轮加工厂的负责人Martin Frank先生说

面积小，工件存储容量大

TurnStacker Premium 是一款结构紧凑的机器人单元，其特点是占地面积小、工件容量大，可处理最大直径达230  mm的工件。该自动化解决方案部署简便，能够快速投入生产。

该单元配备了一个可旋转的工件缓存系统，包含12个可调节的堆叠式托盘站。生产启动时，其中11个站装载毛坯，最后一个则用于接收首批成品。

此机器人单元的一个核心特点是，在缓存系统的取料与放料位各配备了一套由激光传感器监控的升降定位装置。取料时，升降装置会精准定位，使机器人手爪能从上方抓取顶层毛坯；放置成品时，它会运动至预定高度，以便机器人将零件放入托盘，直至该站满载。为实现高效上下料，机器人还装备了一套复式机械手：一手负责从机床取出已加工成品，另一手则从托盘抓取新毛坯。在机器人持续运行期间，操作员可在其后方安全区域取走成品并补充毛坯。

生产通常按两班制运行：白班主要加工复杂齿轮，此时机器人在车床侧的单次连续工作时间可达两小时。而最简单的齿轮零件则被安排在夜间第三班（无人值守班次）进行。为此，操作员会在第二班结束前调整好加工设备和机器人单元，确保其能全自动完成第三班的生产任务。

工艺过程可靠性是首要任务

大约一年前，为持续提升产能，Frank齿轮加工厂引进了包括DMG Mori CLX 450 V6车削中心在内的一系列新设备。该机床同样配备了副主轴。基于从首个机器人单元中获得的成功经验，Frank公司直接为这台新设备配套了Halter CNC公司的Turnstacker Premium机器人单元。

Martin Frank先生总结道：“这套新的机器人单元与机床组合，为我们提供了自2017年首套系统运行以来所熟知的相同生产能力。这意味着我们在不同班次中拥有了宝贵的产能冗余与储备。由于两套系统遵循完全相同的加工工艺，能够生产相同的齿轮产品，我们车削件的生产灵活性因此得到了又一次的显著提升。”