ABB bietet große Roboter, mit denen man auch Schleif- und Trennarbeiten automatisiert erledigen kann

Für bestimmte Aufgaben in der Zerspanung lassen sich heute schon Roboter nutzen. Dazu gehören zum Beispiel Schleifarbeiten wie hier mit einem Winkelschleifer. - Bild: ABB

| von Simon Nördinger

Bei langwierigen Schleifarbeiten schmerzt Ihr Arm? 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 Abhilfe schaffen. Denn er erledigt auch unergonomische und langwierige Aufgaben ohne Unterlass und ohne zu murren. Warum Sie für den Roboter-Einsatz kein Programmier-Profi sein müssen, wo sich Roboter beim Zerspanen eignen und wie das Ganze überhaupt funktioniert.

Wie kann ein Roboter in der Zerspanung helfen?

In der Zerspanung gibt es für Roboter einiges 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 Maschinen zuständig. Doch mittlerweile hat es sich gezeigt, dass Roboter auch zerspanende Arbeiten übernehmen können und so den Mensch entlasten. Konventionellen CNC-Maschinen werden sie jedoch noch nicht den Rang ablaufen.

Dafür fehlt es ihnen noch an Präzision. Daher lassen sich die Roboter vor allem in Bereichen mit relativ niedrigen Genauigkeitsansprüchen einsetzen.

Das sind meist Tätigkeiten, 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 bewahren Roboter ihre menschlichen Kollegen nicht nur vor Verletzungen, die beispielsweise durch scharfe Kanten verursacht werden können, sondern auch vor unergonomischen und monotonen Bewegungen.

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„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.

Grundsätzlich lässt sich der Roboter mit allen erdenklichen Werkzeugen zum Bohren, Fräsen, Schleifen und Polieren ausrüsten. 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 für zerspanende Arbeiten geeignet ist, 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 einen Roboter, der beispielsweise bei der Fertigung von großen, gebogenen Holztreppen zum Einsatz kommt. 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 automatisch ab. Teilweise, ohne dass eine Berührung stattfinden muss.

Der Roboterhersteller Kuka hat beispielsweise den Robotergesellen Co-Weld-Rob entwickelt. Er kann Schweißen, Nieten, Bohren und Schleifen. 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 keine Erfahrung in der Roboterprogrammierung vonnöten ist, um einen Cobot in der Produktion 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.

Sie wollen noch mehr Argumente hören, warum sich Roboter gerade jetzt für Handwerker und kleinere Betriebe eignen? Dann lesen Sie diesen Beitrag.

Im Rahmen des Projekts Handwerk Digital kommt ein mobiler Roboter für Bohrarbeiten zum Einsatz
Gemeinsam mit einem Fraunhofer-Institut untersucht die Handwerkskammer Unterfranken den Praxiseinsatz eines mobilen Roboters zum Bohren von Löchern. - Bild: Handwerkskammer Unterfranken

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 die Programmierung 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 Applikationen, 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?

Ebenso lässt sich das Entgraten vom Roboter abnehmen, das bislang zumeist durch händische Arbeit erledigt wurde. 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 auf 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.

Ferrobotics bietet eine Polier-Lösung für kollaborierende Roboter - im Bild mit einem Cobot von Doosan
Ferrobotics bietet eine Polier-Lösung für kollaborierende Roboter - im Bild mit einem Cobot von Doosan. - Bild: MI-Connect

Polieren und Schleifen: Warum sich Cobots besonders eignen

Auch 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. So lässt sich eine gleichbleibende Qualität erzielen. 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 Maschinen schleifen die Oberfläche einer kompletten Karosserie in nur 35 Sekunden.

Hier sollen die Roboter 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.

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