Selbsttätig holt der Roboter das Werkstück aus dem Regal und führt es während der Bearbeitung an einer Frässpindel mit 30.000 U min-1. Am Gemeinschaftsstand des „Fertigungstechnischen Kolloquiums“ (FtK) auf der diesjährigen AMB in Stuttgart erlaubten die Roboterspezialisten des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) einen Blick in die Werkstatt der Zukunft. Für ein europäisches Forschungsprojekt, das von mehreren Stuttgarter Universitäts- und Fraunhofer-Instituten realisiert wird, entwickelte ein IPA-Team eine Piezo-Ausgleichskinematik für die Werkzeugmaschinenspindel, die den hochgenauen, flexiblen und kostengünstigen Einsatz von Industrierobotern in der spanenden Bearbeitung möglich macht.
Industrieroboter sind kostengünstig in der Anschaffung. Sie haben in der Regel mehr Bearbeitungsachsen und sind daher gelenkiger und flexibler als CNC-Maschinen, allerdings auch weniger steif und präzise. Bisher hat dieser Nachteil ihre Einsatzmöglichkeiten in der industriellen Fertigung stark limitiert. Die IPA-Ausgleichsaktorik dagegen kompensiert die von einem Messgerät erfassten Ungenauigkeiten der Roboterfräsanlage in Echtzeit. Das Bauteil wird von ein und derselben Maschine gehandhabt und hochgenau bearbeitet.
Die Piezo-Aktoren können große Kräfte aufbringen, benötigen im statischen Betrieb praktisch keine Leistung und ermöglichen somit präzise Bearbeitungen im µm-Bereich. Der Anwender profitiert durch den Einsatz von Standard-Industrierobotern für die spanende Bearbeitung von niedrigen Investitionskosten und weiteren Einsparungen durch die Kombination von Handling und Prozess, von höherer Flexibilität und einem größeren Arbeitsraum.
„Dafür, dass das Projekt offiziell erst seit wenigen Wochen läuft, sind wir schon sehr weit gekommen“, zeigte sich Christian Meyer, Gruppenleiter Robotersysteme am Fraunhofer IPA, zufrieden. Eine vom IPA-Team ebenfalls entwickelte industrienahe CNC-Steuerung, die im Fertigungseinsatz an die Stelle der üblichen Robotersteuerung tritt, ist nach Meyers Angaben bereits jetzt „eins zu eins“ einsetzbar. Die bereits entwickelten 1-D- bis 3-D-Fehlerausgleichsmechanismen können je nach Anforderung auf bis zu 6-D erweitert werden.
Optimale Einsatzmöglichkeiten für die hochgenaue roboterbasierte spanende Bearbeitung sieht Christian Meyer beim Fräsen von Aluminium, Leichtmetall und Kunststoffen. Die Kombination von Bauteilhandling und Bearbeitung sei insbesondere für den Einsatz in Produktionsstraßen hervorragend geeignet, betont der Gruppenleiter Robotersysteme am Fraunhofer IPA.
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