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Mechanische Bearbeitung

Einfache Programmierung öffnet Robotern Anwendungen beim Kunststoffzerspanen

Roboter lassen sich so einfach wie CNC-Bearbeitungsmaschinen programmieren. Wesentlicher Schritt dazu ist die Anwendung eines Konverterprogramms, das

04.01.2007 | Autor / Redakteur: Josef Kraus / Josef-Martin Kraus

Bild 1: Roboterzelle für die Kunststoffbearbeitung. Die Programmierung ist so einfach wie bei einer CNC-Maschine.

Roboter lassen sich so einfach wie CNC-Bearbeitungsmaschinen programmieren. Wesentlicher Schritt dazu ist die Anwendung eines Konverterprogramms, das die CNC-Daten in die Robotersteuerung überführt. Dadurch können Roboter ihre Vorteile in der Kunststoffbearbeitung wirtschaftlich ausspielen, wie anhand einer Roboterzelle deutlich wird.

Vielfach ist die aufwändige Programmierung das größte Handicap für die Anwendung eines Knickarmroboters in der spanenden Kunststoffbearbeitung. Mit der Roboterzelle M Rob 60 zeigt der Maschinenbauer Maka, Nersingen, dass dies auch anders geht (Bild 1). So ist damit wirtschaftliches Fräsen und Bohren möglich. Außerdem werden die Werkzeuge vom Roboter selbst aus dem Magazin geholt. Folglich ist die Bearbeitungszelle laut Maka in der Lage, die Vorteile des Roboters in der Zerspanungstechnik umzusetzen. Für den Maschinenbauer liegen sie in der meist größeren Schnelligkeit beim Anfahren von Bearbeitungspositionen und in der höheren Anwendungsflexibilität – im Vergleich zu herkömmlichen CNC-Bearbeitungsmaschinen.

Prinzipiell geeignet für gleiche Aufgaben

CNC-Bearbeitungsmaschinen können im Grunde als Linearroboter angesehen werden. Mit fünf Bewegungsachsen ausgestattet sind sie heutzutage in der Lage, nicht nur Bearbeitungsprozesse, sondern auch das Einwechseln von Werkzeugen und das Werkstückhandling zu übernehmen (Bild 2). Knickarmroboter haben aufgrund der sechsten Achse sogar einen Freiheitsgrat mehr. Von der Beweglichkeit her können sie daher prinzipiell die gleichen Aufgaben verrichten wie Standard-CNC-Maschinen. Jedoch beeinflussen sich die Achsen in den Bewegungen.

Folglich müssen bei jeder Werkzeugbewegung alle Achsen hinsichtlich Richtung, Position und Geschwindigkeit programmiert werden – auch dann, wenn das Werkzeug „nur“ eine Gerade fräst. Grundsätzlich birgt die Roboterprogrammierung vom Bewegungsprinzip her mehr Fehlerquellen. Zum Beispiel können bei falscher Programmierung sich die Achsbewegungen gegenseitig eliminieren oder so addieren, dass die Robotersteuerung das Werkzeug quasi an den Bewegungsanschlag führt.

In der Regel sind CNC-Bearbeitungsmaschinen kartesisch aufgebaut. Das heißt: Sie haben konstante Längs- und Drehachsen, die ein festes, kartesisches Koordinatensystem bilden. Darin befindet sich der Raum für alle Werkzeugbewegungen. Im Vergleich dazu fehlt den Robotern hardwaremäßig der klassisch kartesische Aufbau. Das hat Auswirkungen auf die Programmierung.

Konverter erlaubt CNC-Programmierung für Roboter

Dieser Unterschied wurde von Maka mit Hilfe eines Konverter-Programms eliminiert. Es ermöglicht, die CNC-Programmierung bei einem 6-Achs-Industrieroboter des Herstellers Kuka, Augsburg, beizubehalten. Dazu wird ein BWO-5-Achs-CNC-Programm in ein Kuka-6-Achs-CNC-Programm überführt – mit dem Ergebnis, dass der hohe Programmieraufwand entfällt. Der Industrieroboter ist somit laut dem Maschinenbauer unter wirtschaftlichen Bedingungen einsatzfähig.

Mit dem Roboterhersteller Kuka hat Maka seit knapp zwei Jahren einen Systempartnervertrag bezüglich der Entwicklung und Vermarktung eines 6-Achs-Industrieroboters als Fräseinheit. Zu Beginn entwickelte man gemeinsam ein Konzept, um das Anwendungspotenzial als „Machining Centre“ oder als „Beschickungsroboter“ von Maka-Bearbeitungszentren analysieren zu können.

Das Ergebnis ist die Roboterzelle, die erstmals auf den Kunststoff-Fachtagen des Maschinenbauers einem breiteren Publikum vorgestellt wurde und auch auf der Fakuma 2006 – der 17. Internationalen Fachmesse für Kunststoffverarbeitung in Friedrichshafen – im Rampenlicht stand. Seit gut einem Jahr läuft die Erprobungsphase.

Auf den Kunststofftagen hat Maka eine erste Bilanz gezogen. Dabei stellte sich die Anwendungsflexibilität als ein Hauptvorteil heraus. So bietet es sich an, dass der Roboter in der Zelle für mehrere Arbeitsstationen zuständig ist und zusätzlich zur Bearbeitung zumindest auch das Werkstückhandling verrichtet. Außerdem kann er die gesamte Kabinenreinigung nach der Bearbeitung übernehmen – durch Aufnahme eines Saugstutzens. Aufgrund der Automatisierung aller Prozesse in der Zelle können sich Zeitvorteile ergeben.

Ergebnis entspricht Qualität bei der Nachbearbeitung

Darüber hinaus ist eine staubdichte Zelleneinhausung möglich. Das kann bei hohem Schmutzanfall erforderlich sein, zum Beispiel im Modellbau bei der Bearbeitung von Polystyrolschaumblöcken. In diesem Fall ist es auch sinnvoll, den Roboterarm mit einem Schutzmantel zu umgeben. Dadurch bleiben aufgewirbelte, elektrostatisch geladene Polystyrolkügelchen nicht an den Armführungen hängen. Der Wartungsaufwand für den Roboter wird deutlich reduziert.

Die Bearbeitungsgenauigkeit liegt im Zehntel-Millimeter-Bereich. Sie ist umso höher, je weniger der Roboterarm ausgefahren werden muss, und kann unter +/- 0,2 mm betragen. Damit ist laut dem Maschinenbauer die potenzielle Leistungsgrenze noch nicht erreicht: Der Roboter werde als Fräseinheit noch besser werden. Voraussetzung dafür ist – außer der einfacheren Programmierung – auch eine ausreichende mechanische Stabilität. So muss der Industrieroboter in der Maka-Bearbeitungszelle die 25 kg schwere Schnellläufer-Frässpindel, die horizontal am Roboterarm befestigt ist, bahntreu führen.

Das Bearbeitungsergebnis entspreche den Erfordernissen bei der Nachbearbeitung von Kunststoffteilen, heißt es. Auf der 17. Fakuma wurde das live bei der Bearbeitung einer Abdeckung aus Kunststoff und eines Geometrieblocks aus Ureol-Harz demonstriert. Die 10-kW-Frässpindel (HSD, Typ ES 915L) erreicht eine Drehzahl bis zu 24 000 min–1. Der Spindelmotor wird wassergekühlt. Wie bei einer CNC-Bearbeitungsmaschine ist die Frässpindel für einen automatischen Werkzeugwechsel ausgerüstet. Außer für Kunststoffe eignet sich der Industrieroboter auch zur Aluminiumbearbeitung.

Die Werkzeugaufnahme HSK 63 F mit automatischer Werkzeugwechseleinrichtung wird aus einem Magazin mit acht in Reihe angeordneten Plätzen versorgt. Außerdem ist ein Steckplatz für ein Reinigungswerkzeug vorhanden. Bearbeitet werden die Werkstücke in senkrechter Position (Bild 3). Der Arbeitstisch mit Aufspannplatte aus Aluminium ist als Klapptisch in die Stahlblecheinhausung integriert. Jeder Tisch hat einen eigenen pneumatischen Steuerkreis für die Werkstückspannung. Alternativ kann die Zelle mit Drehtischen für die beidseitige Werkstückaufnahme und -bearbeitung bei senkrechter Positionierung ausgerüstet werden. Unterhalb der Tische befinden sich Schubwagen für die Späneentsorgung. Optional dazu lässt sich auch eine Unterflurabsaugung installieren. MM

Weitere Informationen: Hermann Hiller, Maka – Max Mayer Maschinenbau GmbH, 89278 Nersingen bei Ulm, Tel. (0 73 08) 8 13-0, Fax (0 73 08) 8 13-1 70, zentrale@maka.com

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