Für bestimmte Aufgaben in der Zerspanung lassen sich heute schon Roboter nutzen. Dazu gehören zum Beispiel Schleifarbeiten wie hier mit einem Winkelschleifer. - (Bild: ABB)
Bei langwierigen Schleifarbeiten schmerzt Ihr Arm und die Belastung ist hoch? Ihre Mitarbeiter beschweren sich über Muskelprobleme beim Bohren über Kopf? Und das Entgraten von Bauteilen per Hand dauert zu lange? Dann könnte Kollege Roboter in Zukunft schnell Abhilfe schaffen. Denn er erledigt auch unergonomische und langwierige Aufgaben ohne Unterlass und ohne zu murren. Warum Sie für den Robotik-Einsatz kein Programmier-Profi sein müssen, wo sich Roboter beim Zerspanen eignen und wie das Ganze überhaupt funktioniert, erfahren Sie hier Stück für Stück.
Das erfahren Sie rund um die Zerspanung mit Robotern
1. Wie kann ein Roboter in der Zerspanung helfen?
2. Welche Vorteile haben kollaborierende Roboter in der Zerspanung?
3. Bohren per Roboter – wie es sich für Handwerker lohnt
4. Wie funktioniert Entgraten mit dem (kollaborierenden) Roboter?
5. Polieren und Schleifen: Warum sich Cobots besonders eignen
Wie kann ein Roboter in der Zerspanung helfen?
In der Zerspanung gibt es für Roboter bei verschiedenen Verfahren etwas zu tun. Werden jetzt Roboter die herkömmlichen CNC-Maschinen ablösen oder werden die sogenannten kollaborierenden Roboter (Cobots) den Menschen bei der Arbeit unterstützen? Grundsätzlich sind beide Lösungen denkbar.
Beim Zerspanen waren Roboter bisher eher für das Be- und Entladen der Werkzeugmaschinen zuständig. Doch mittlerweile hat es sich gezeigt, dass Roboter auch zerspanende Arbeiten übernehmen können und so den Mensch entlasten. Das funktioniert, indem man sie mit einem Zerspanungswerkzeug ausstattet. Konventionellen CNC-Fräsen oder Bearbeitungszentren werden sie jedoch noch nicht den Rang ablaufen, das kann man drehen, wie man will.
Dafür fehlt es ihnen noch an Präzision. Daher lassen sich die Roboter vor allem in Fertigungsverfahren mit relativ niedrigen Genauigkeitsansprüchen einsetzen. Wenn sie dort arbeiten, ist die Zuverlässigkeit hoch und auch die Qualität steigt.
Das sind meist Tätigkeiten in der Zerspanung, die der Mensch erledigt. Doch wegen des steigenden Kostendrucks, gleichbleibenden Qualitätsansprüchen und heutzutage auch dem Fachkräftemangel, steht es oft im Fokus, diese Arbeiten zu automatisieren.
Zudem bewahrt Robotik ihre menschlichen Kollegen nicht nur vor Verletzungen, die beispielsweise durch scharfe Kanten verursacht werden können, sondern auch vor unergonomischen und monotonen Bewegungen.
„Stand der Technik beim Bearbeiten per Industrieroboter ist die spanende Bearbeitung von Stein, Holz, Kunststoffen und Aluminium sowie das Gussputzen oder die Kantenbearbeitung an Stahlwerkstoffen“, berichtet Sascha Reinkober, Forscher am Fraunhofer IPK in einem Interview mit dem Fachmedium Produktion - einer Schwesterpublikation aus unserem Haus. Es lässt sich also verschiedenstes Material per Roboter zerspanen.
Grundsätzlich kann der Roboter mit allen erdenklichen Werkzeugen für die Zerspanung ausgerüstet werden. So ist das Bohren, Fräsen, Schleifen und Polieren möglich. Oft kann gewählt werden, ob der Cobot das Werkzeug führen oder ob er das Werkstück an einer externen Maschine bearbeiten soll.
Als Basis für einen Roboter, der sich für die Zerspanung eignet, dient oft ein sechs-achsiger Roboter, der mit fünf Antrieben für verschiedene Prozesse ausgestattet ist.
Dass sich Roboter nicht nur in der Metallbearbeitung, sondern auch bei der Holzbearbeitung einsetzen lassen, zeigt die Tischlerei Eigenstetter in Rehna. Der Handwerksbetrieb nutzt Automatisierung mit Robotik etwa bei der Fertigung von großen, gebogenen Holztreppen. Hier fräst die Maschine automatisch die Wange der Treppe, wie Tischler Gunnar May in einem Interview auf unserem Youtube-Kanal Next Robotics berichtet.
Welche Vorteile haben kollaborierende Roboter in der Zerspanung?
Industrieroboter sind eher für größere Stückzahlen und Produktionen geeignet. Gerade für Handwerker oder kleinere Unternehmen werden jedoch Assistenzroboter immer interessanter. Im Gegensatz zu Industrierobotern benötigen diese Cobots keine Schutzkäfige oder Zäune. Da sie mit speziellen Sensoren ausgestattet sind, schalten sie sich bei Bedarf automatisch ab. Teilweise, ohne dass eine Berührung stattfinden muss.
Der Roboterhersteller Kuka hat beispielsweise den Robotergesellen Co-Weld-Rob entwickelt. Er kommt zum Schweißen, Nieten, Bohren und Schleifen zum Einsatz. Bei kleineren Stückzahlen kann so ein Assistent den Facharbeiter entlasten und die Qualität optimieren. Der Cobot kann auch Montageschritte, die ihm vorher beigebracht wurden, ermüdungsfrei wiederholen.
Da kein Know-how in der Roboterprogrammierung vonnöten ist, um einen Cobot in der Fertigung zu nutzen, eignet er sich besonders für Unternehmen, in denen noch wenig technische Expertise vorhanden ist.
Cobots sind zudem in der Regel günstiger als Industrieroboter. Wegen des geringeren Investitionseinsatzes sind sie auch für Firmen interessant, die erste Erfahrungen mit Robotern sammeln wollen.
Bohren per Roboter – wie es sich für Handwerker lohnt
Die Handwerkskammer Unterfranken arbeitet aktuell in Zusammenarbeit mit der Fraunhofer-Einrichtung für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV in Augsburg am sogenannten Projekt ‚Robonet 4.0‘.
Dieser mobile Roboter soll millimetergenau, über Kopf und in bis zu 3,5 Metern Höhe bohren können. Besonderen Wert legten die Entwickler auf eine einfache Bedienung.
Die Handwerkskammer Unterfranken hat herausgefunden, dass die meisten Handwerksbetriebe gerade das Programmieren als größtes Problem bei der Anschaffung von Robotern nennen. Darum haben sie eine intuitive Steuerung entwickelt. Der Roboter lässt sich sogar über eine Virtual-Reality-Brille mit menschlichen Gesten steuern.
Robonet 4.0 hat bereits einige Praxistests absolviert. Die Handwerkskammer Unterfranken in Schweinfurt sucht derzeit Betriebe, die diesen Roboter in ihrem Arbeitsumfeld testen möchten.
Es gibt aber auch einfachere Anwendungen, um Roboter an einem stationären Arbeitsplatz zum Bohren zu nutzen. In diesem Fall reicht es aus, den Cobot mit einer für die Mensch-Roboter-Kollaboration freigegebenen Bohr-Einheit auszurüsten.
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Wie funktioniert Entgraten mit dem (kollaborierenden) Roboter?
Das Entgraten ist ein Verfahren im Bereich der Nachbearbeitung. Bislang wird es zumeist durch händische Arbeit erledigt. Ein Roboter kann diese Tätigkeit aber optimal übernehmen. Im Rahmen einer Komplettbearbeitung eines Werkstücks auf einem Zerspanungsroboter kommt nach dem Bohren, Schneiden oder Fräsen der Vorgang des Entgratens.
So hat die elsässische Firma BWIndustry das Entgraten von Teilen zwischen vier und 14 Kilogramm in ihrer Produktion automatisiert. Hier nimmt der Roboter die verschiedenen Metallteile hoch und hält sie an Entgratwerkzeuge wie beispielsweise Fräser oder Schleifscheiben.
Der Roboter UR 16 von Universal Robots, der hier im Einsatz ist, erledigt seine Arbeit in weniger als einer Minute Taktzeit und hilft so seinen menschlichen Kollegen, bis zu 300.000 Teile diverser Losgrößen pro Jahr zu produzieren.
Polieren und Schleifen: Warum sich Cobots besonders eignen
Auch die weitere Oberflächenbearbeitung ist ein zur Zerspanung gehörendes Fertigungsverfahren. Beim Polieren können kollaborierende Roboter ihre Trümpfe ausspielen. Das Polieren oder Glattsanden einer Oberfläche verlangt oft eine genau gemessene, oftmals sehr sensible Druckkraft. Ein Cobot, der mit einer Kraftregulierung ausgestattet ist, kann so selbst unebene Oberflächen gleichmäßig polieren und glanzschleifen.
Die Kraftregulierung ist hier in der Programmstruktur integriert. Dadurch wird der Roboterarm automatisch immer so positioniert, dass er die erforderliche Druckkraft erreicht. Das sorgt für eine optimale Qualitätssicherung. Auch das sogenannte Überpolieren kann durch die Sensorsteuerung verhindert werden. Denn diese Steuerung ermöglicht es dem Cobot, den Konturen des Objekts zu folgen.
Benötigt das Polieren relativ wenig Kraftaufwand, sieht es beim Schleifen anders aus. Da hier mehr Druck notwendig ist, wird mehr Leistung gebraucht.
Beim Automobilhersteller Ford helfen seit kurzem sechs Cobots ihren menschlichen Kollegen in der Lackiererei. Die Roboter schleifen die Oberfläche einer kompletten Karosserie in nur 35 Sekunden.
Hier sollen die Cobots keine Arbeiter ersetzen. Vielmehr sollen sie die Arbeitsbelastung reduzieren und dem Menschen ermüdende und monotone Arbeiten ersparen. Zudem erreichen die Cobots schwer zugängliche Stellen wie beispielsweise das Autodach einfacher.