CNC-R-Bearbeitungsmaschinen

Andrea Gillhuber,

Die Zukunft der Robotik

Aus herkömmlichen Industrierobotern haben Entwickler vom Bodensee präzise Bearbeitungsmaschinen mit acht interpolierenden Achsen gemacht. Die schlüsselfertigen CNC-Roboter und CNC-R-Bearbeitungsmaschinen sind vielfältig einsetzbar.

Die Roboter mit sechs Achsen und zwei zusätzlichen, interpolierenden Achsen können im Arbeitsraum flexibler und bahngenau arbeiten. Dadurch lassen sich auch enge Winkel oder halbrunde Kanten sauber abfahren. © Maucher CNC-Robotic

Millionen von Industrierobotern übernehmen einen Großteil der automatisierten Handhabung von Bauteilen oder der Beschickung von Produktionsanlagen. Dennoch blieb diese Technik bisher hauptsächlich auf das Handling beschränkt, obwohl die Flexibilität und kostengünstigen Kinematik-Strukturen ein großes Potenzial bieten. Absolut bahntreue Bewegungsmuster, die bei Bearbeitungsprozessen notwendig sind, können jedoch mit herkömmlichen Industrierobotern nicht ausgeführt werden. Einem kleinen Team aus Robotik-Experten im Bodenseeraum ist es jedoch gelungen, Roboter für solch komplexe Prozesse nutzbar zu machen – mittels optimierter Kinematik und digitaler Transformation. Dazu erarbeiteten und entwickelten sie in Zusammenarbeit mit Siemens, Comau und Maucher Formenbau erste Bearbeitungsroboter, die mit acht interpolierenden Achsen ausgestattet sind, sodass selbst zeitaufwendiges Teaching entfällt. Bereits ein Jahr später entstanden serienreife CNC-Roboter-basierte Bearbeitungsmaschinen, die am Sitz des Partnerunternehmens in Meckenbeuren hochanspruchsvolle Arbeiten verrichten und Komponenten für Automobilhersteller schnell und hochpräzise bearbeiten. Durch den Einsatz der neuen CNC-R-Bearbeitungsmaschinen ließen sich das Produktionsvolumen deutlich steigern und Personal für andere Aufgaben abziehen. Die neu gegründete Firma Maucher-CNC-Robotic entwickelt nun schlüsselfertige Roboter-Bearbeitungsmaschinen für verschiedenste Prozesse – beispielsweise das Wasserstrahlschneiden, Schweißen oder Heften. 

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„Wir arbeiten bereits seit längerer Zeit mit verschiedenen Industrierobotern und erkannten sehr früh, dass diese Technik aufgrund ihrer extremen Verlässlichkeit dem Markt breit zugängig gemacht werden muss“, sagt Peter Strittmatter, Geschäftsführer von Maucher Formenbau. „Mit einem benachbarten Robotik-Unternehmen erarbeiteten wir erste Konzepte, wie die Roboter den Sprung vom Handling zur Bearbeitung schaffen können.“ Sie sollten durch ein neu konfiguriertes Steuerungskonzept komplexe Bewegungen auch mit schwierigen Kanten bahngenau anstatt von Punkt zu Punkt abfahren und dabei direkt Bearbeitungsaufgaben vollautomatisch übernehmen. Die enge Kooperation mit der heutigen BBS Beteiligungs GmbH mündete in die Gründung von Maucher CNC-Robotic. „Als wir uns im Jahr 2018 mittels digitaler Transformation an die Lösung der Aufgabe machten, ahnten wir nicht, dass schon ein Jahr später serienreife CNC-Roboter Bearbeitungsmaschinen bei Maucher anspruchsvolle Arbeiten verrichten würden“, sagt Dirk Brissé, Geschäftsführer von CNC-Robotic Maucher und BBS.

Eines der Hauptziele bei der weiteren Entwicklung war es, die Technologie auch für kleinere Unternehmen interessant und erschwinglich zu machen. Dazu musste die Roboterkinematik durch Zusatzachsen erweitert und das Gesamtsystem in der Bedienung vereinfacht werden, damit die Teaching-Prozesse entfallen konnten. Für flexible Fertigungsmöglichkeiten auch in kleinen Werkshallen sollte die Anlage zudem platzsparend ausgelegt sein. „Um das alles zu gewährleisten, beziehen wir unsere Roboter und Zusatzachsen zunächst ohne Steuerung. So können wir in diese nackte 8-Achsen-Kinematik die Maschinensteuerung integrieren“, erklärt Brissé. „Mit ihr ist es möglich, die Kinematik des Roboters interpolierbar mit zwei zusätzlichen Achsen in Absolutgenau und bahntreue Bewegungen zu bringen.“

Die Maschinen werden mit dem gebräuchlichen G-Code programmiert. Dabei nutzen die Entwickler bei Maucher eigens entwickelte Postprozessoren, über die eine Verbindung zur CAM-Umgebung verschiedenster Hersteller erfolgt. So wird die Kompatibilität des neuen Kinematik-Konzepts gewährleistet, und Bearbeitungsprozesse lassen sich in einem Radius von bis zu 3,1 m umsetzen. „Dabei finden die digitale Entwicklung sowie die Programmierung der Bauteile parallel zur eigentlichen Bearbeitung im CAM-System statt“, erklärt Brissé. „Somit sind rasche Bauteilwechsel bis hin zur Losgröße 1 einfach und kostengünstig realisierbar.“ Aufgrund dieser flexiblen Programmierung lassen sich Stillstandzeiten auf ein Minimum reduzieren.

Die Medienversorgung erfolgt über Leitungen entlang des Roboterarms oder durch das Innere des Chassis. © Maucher CNC-Robotic

Im digitalen Zwilling lassen sich sämtliche prozessrelevanten Daten sowie Bauteilparameter abbilden und bearbeiten. Hier erkennt der Programmierer auch mögliche Störkonturen, die zu einem Stillstand des Roboters führen könnten. „Selbst die wichtige und in Performance Level D ausgeführte Sicherheitstechnik der Gesamtmaschine ist im digitalen Zwilling abgebildet und informiert schon während der Programmierung, was machbar und was nicht umsetzbar ist“, sagt Brissé. Dies gewährleistet Sicherheit und bringt extreme Zeitersparnis mit sich. Durch die hohe Programmierfreiheit lassen sich beispielsweise Wasserstrahl-Vorrichtungen vereinfacht und kostengünstiger umsetzen.

Einfache Einbindung ins Intranet

Wesentliche Faktoren während der Entwicklungsphase bildeten neben einer flexiblen Programmierung vor allem die Digitalisierung und Verschmelzung des klassischen Maschinenbaus mit Informationstechnologien. Dazu gehörten auch der Einsatz innovativer Steuerungen besonders in Bezug auf Vernetzung, Ferndiagnose und Fehlererkennung bis zur Ebene der Feldgeräte. „Um die Bearbeitung in Gang zu setzen, schickt der Programmierer nun einfach über das Intranet seines Unternehmens den Betriebsauftrag nebst dem eigentlichen Programm zur Maschine. Dieser wird mittels Barcodeleser mit dem geladenen Programm verglichen“, sagt Brissé. „Eine falsche Programmwahl ist damit ausgeschlossen. Maschine und Programmierer überprüfen sich auf diese Weise noch einmal gegenseitig.“ Im weiteren Verlauf werden die aufgespannten Vorrichtungen mittels RFID abgeglichen. Dabei werden Nullpunktverschiebungen vollautomatisch erkannt. Das Teaching entfällt.

Um auch den Einsatz in kleineren Fertigungsunternehmen zu ermöglichen, wurden die CNC-R-Bearbeitungsmaschinen so ausgelegt, dass sie kaum Produktionsfläche beanspruchen. Damit dies nicht zur Verkleinerung des Bearbeitungsraumes führt, wurde der Roboter auf einen Sockel gesetzt, der sich frei positionierbar entlang der Bearbeitungszelle anflanschen lässt. Eine Verschraubung mit dem Hallenboden ist nicht notwendig. „Wir nehmen die beauftragten CNC-R-Bearbeitungsmaschinen im Werk Friedrichshafen komplett in Betrieb und stellen die Funktionalität sicher“, erklärt Brissé. „Der Aufbau inklusive Inbetriebnahme beim Kunden kann dann innerhalb weniger Tage erfolgen. Durch die hohe Flexibilität der Maschinen und die sich daraus ergebenen Möglichkeiten sind der Prozessvielfalt kaum Grenzen gesetzt. Fast täglich kommen neue Ideen und Ansätze hinzu.“

Nicki Teumer, freier Redakteur in München / am

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