Industrieroboter sind – im Vergleich zu klassischen Werkzeugmaschinen – flexibel einsetzbar und günstig in der Anschaffung; das macht sie auch für Anwendungen in der Zerspanung sehr interessant. Allerdings: „Geringere Struktur-, Antriebs- und Lagersteifigkeiten konventioneller Industrieroboter führen beim Zerspanen zu Schwingungen und damit zu Prozessinstabilitäten, was eine viel geringere Produktivität im Vergleich zu Werkzeugmaschinen zur Folge hat“, berichtet Thomas Lepper, Ingenieurwissenschaftler am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Universität Hannover.
Ändern soll dies das Verbundforschungsprojekt Effectivea, an dem unter Führung des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover unter anderem auch der Werkzeugmaschinenhersteller DMG mitarbeitet. Lepper: „Wir schaffen mit unserem Ansatz mittlerweile einen Roboter mit einer Steifigkeit von 5 N/µm – das heißt, eine Kraft von fünf Newton erzeugt höchstens einen Mikrometer Abdrängung.“
Steifigkeit zehnmal besser als die herkömmlicher Industrieroboter
Damit haben die Entwickler zwar nicht die Steifigkeit einer Werkzeugmaschine erreicht, aber eben eine Steifigkeit, die um den Faktor zehn besser ist als die von herkömmlichen Industrierobotern. Gelungen ist ihnen das durch steifere Lager und Antriebe und durch Werkzeugmaschinentechnik, die für Roboter weiterentwickelt und adaptiert wurde. Zusätzlich soll eine Online-Kompensation mithilfe der in Echtzeit gemessenen Prozesskräfte die entstehende Abdrängung weitgehend ausgleichen.
Bis Ende 2018 soll ein 5-Achs-Zerspanroboter prototypisch die guten Ergebnisse der bisherigen simulationsgestützten Forschung auch praktisch umsetzen. Ein solcher Zerspanungsroboter wäre eine ideale, weil kostengünstige Lösung für Bearbeitungsschritte, bei denen es nicht auf hohe Präzision ankommt, oder auch für neuere Werkstoffe wie CFK.
„Wir haben einen besonderen Fokus auf die Bearbeitung von CFK“, erklärt Lepper, „und integrieren daher auch eine energieeffiziente Absaugung, die wegen des entstehenden sehr abrasiven und gesundheitsschädlichen CFK-Staubs unverzichtbar ist. Neben CFK interessieren uns aber auch Aluminium-CFK-Verbunde und Aluminium. Da werden wir die Grenzen ausloten. Und in der Ferne steht natürlich die Frage: Was ist mit Stahl?“
Leibniz Universität Hannover
