Im Vergleich zu einer klassischen Werkzeugmaschine hat der CNC-Roboter den Vorteil, bei kleinerer

Im Vergleich zu einer klassischen Werkzeugmaschine hat der CNC-Roboter den Vorteil, bei kleinerer Standfläche auch Werkstücke von 2 m problemlos erreichen kann. Zusätzlich kann die Beweglichkeit des Roboters auch für Handhabungsaufgaben genutzt werden.

STUTTGART (mg). CNC-Werkzeugmaschinen sind heutzutage fester Bestandteil einer modernen Fertigung. Gekoppelt an den Bearbeitungstyp sind für jegliche Aufgabenart Spezialmaschinen verfügbar. Durch Integration der CNC, welche auf Oberflächengüte hin optimiert ist und Schwingungsunterdrückung wie auch anregungsarme Bewegungsführung berücksichtigt, steht das Werkzeug und damit die Bearbeitung im Vordergrund.

Eine Robotersteuerung arbeitet ein spezielles, auf den Roboter ausgelegtes Anwendungsprogramm ab. Hierbei werden sequentiell Aufgaben ausgeführt, wobei die Roboterbahn meistens nicht betrachtet wird.

Um einen Roboter ebenfalls als Bearbeitungsmaschine einzusetzen, ist es interessant, diesen durch eine CNC auszustatten und weiterhin die Vorteile des Roboters auszunutzen. Die Flexibilität und Beweglichkeit bietende Robotermechanik eines Kuka KR125 Industrieroboters wurde am Fraunhofer IPA mit neuer Leistungselektronik und CNC ausgestattet.

Hierfür wurde ein Schaltschrank mit Servoverstärker, Industrie-PC und Klemmen zur Berücksichtigung von Sicherheitstechnik, wie z.B. Not-Aus und Freigaben ausgestattet und verschaltet. Ausgehend von einer Analyse der eingesetzten Motoren wurden die Servoverstärker parametrisiert und während der Einzelachs- und kartesischen Bewegung des Roboters optimiert.

Für die kartesische Bewegung des Roboters war es notwendig, die kinematische Transformation sowie Motor-Getriebe-Kopplungen bei der Bewegung der Handachsen in der SPS zu berücksichtigen. Zudem ist in der SPS die Logik für Betriebsart und I/O-Baugruppen verknüpft. Durch sichere Kommunikation und sichere Klemmen fügt sich die konzeptionierte Sicherheitstechnik in den Aufbau und die Konfiguration der Anlage reibungslos ein.

Die stetige Optimierung und Integration von Sensorik, Aktorik und Datenverarbeitung machen weit mehr Anwendungen als nur robotertypische Handhabungs- und Montageaufgaben möglich. Speziell werden in der CNC vielseitige Bearbeitungstechnologien durch Werkzeug- und Vorschubfunktionen, wie z.B. Werkzeugradius- oder Werkzeuglängenkorrektur berücksichtigt.

CNC-Roboter problemlos in die CAD/CAM-Kette eines Unternehmens integrieren

Weitestgehend unabhängig von der Maschine können G-Code-Programme werkstücksorientiert nach der DIN 66025 erstellt werden. Damit kann der CNC-Roboter in die CAD/CAM-Kette eines Betriebs integriert werden, ohne dass zusätzlicher Programmieraufwand aufgebracht werden muss: aus der CAD-Zeichnung des Werkstücks wird mit Hilfe eines CAM-Programms eine Bearbeitungsbahn erzeugt und in die Steuerung des CNC-Roboters geladen. Software-Zwischenstufen zum Parsen in eine roboterspezifische Sprache entfallen, so das IPA.

Der CNC-Roboter erweitert die Palette der CNC-Maschinen und kann in eingespielte Abläufe der CNC-Werkzeugmaschinen in einem Betrieb eingebunden werden. Gegenüber der klassischen Werkzeugmaschine zeigt sich vor allem hier der Vorteil des Standard-Industrieroboters, der bei kleiner Standfläche auch Werkstücke von 2 m ohne Problem erreichen kann.

Zusätzlich kann die Beweglichkeit des Roboters auch für Handhabungsaufgaben genutzt werden. Die PC-basierte Steuerung integriert hierbei CNC und SPS und bietet durch schnelle Kommunikation der EtherCat-Technologie die Einbindung von I/O-Signalen, Möglichkeiten superpositionierter Algorithmik und Regelungstechnik.

Basierend auf einer geometriebasierten Bahnplanung und hoher Interpolationsrate der CNC, die die Kontur des Werkstücks in den Vordergrund rückt und Schwingungen vermeidet, können zusätzlich die Positioniergenauigkeit des Roboters durch Fehlerkarten oder entsprechende Sensoren im Prozess verbessert werden.