Drei Fraunhofer-Institute arbeiten an einer neuen Generation von Industrierobotern, die kostengünstige Produktionsprozesse ermöglichen sollen. Im Fokus steht die Entwicklung einer neuen Fräskinematik, mit der sich Leichtbauwerkstoffe, Metalle und Stähle bearbeiten lassen. Das Ziel: eine Fertigungstoleranz von 0,1 mm im gesamten Arbeitsraum bereits ab dem ersten Bauteil.
Für Zerspanungsaufgaben werden heute nach wie vor hochpräzise Werkzeugmaschinen eingesetzt. Sie sind genauer, als es konventionelle Industrieroboter heute leisten können. Beim Fräsen beispielsweise würde das Werkzeugs aufgrund der niedrigen Systemsteifigkeiten abgedrängt, was vor allem auf die Getriebe im Roboterarm zurückzuführen ist.
Im Fraunhofer-Verbundprojekt Flexmatik 4.1 entwickeln das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM sowie für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF einen Roboter, dem das hochpräzise Fräsen von Leichtbauwerkstoffen gelingen soll. Hierfür muss die Kinematik grundlegend geändert werden. „Wir konstruieren eine Mehrachskinematik, die speziell für Bahnprozesse ausgelegt ist“, erläutert Sascha Reinkober, Abteilungsleiter am Fraunhofer IPK.
Präzise Bewegung
auf der Lineareinheit
Dabei fährt der Roboter auf einer so genannten Lineareinheit – einer Art Schiene – entlang des zu bearbeitenden Bauteils von Punkt A nach Punkt B. Erste Simulationen deuten darauf hin, dass damit das Genauigkeitsziel von ± 0,1 mm zu erreichen ist. Der Roboter soll sich also unter Krafteinwirkung um ein Vielfaches weniger von der programmierten Sollposition wegbewegen, als man das heute kennt. So ließe sich eine Bohrung wesentlich genauer an der vorgesehenen Position im Bauteil erzeugen.
Einzelne Achsen bekommen dafür ein neues Antriebskonzept mit Direktantrieben, die im Betrieb deutlich steifer sind als aktuelle Hightech-Getriebe. Dank eines neuen Klimatisierungskonzepts lassen sich zudem temperaturbedingte Ungenauigkeiten minimieren. Darüber hinaus erhält der Roboter eine Werkzeugmaschinensteuerung. Ein aktives System, das Schwingungen und Vibrationen des Werkzeugs kompensiert, komplettiert die neue Flexmatik.
Der Vorteil des neu strukturierten Roboters gegenüber Werkzeugmaschinen: Die Anschaffungskosten fallen um bis zu Faktor zehn niedriger aus, und auch die Energieaufnahme soll um bis zu Faktor 15 geringer sein. Bis Ende des Jahres wollen die Forscherinnen und Forscher den funktionsfähigen Prototypen fertigstellen.
Das Einsatzgebiet reicht vom Bearbeiten großer CFK-Strukturen wie Flugzeugrümpfen über das Fräsen von Bauteilen für Gasturbinen bis hin zum Rekonturieren von Presswerkzeugen. (op)
