Die zukunftsweisende Fräskinematik schließt die Lücke zwischen klassischem
Industrieroboter und Werkzeugmaschine – ein Meilenstein für die
ressourceneffiziente flexible automatisierte Produktion. Sie ermöglicht
eine vielseitige, effiziente und hochpräzise Bearbeitung von
Faserverbundwerkstoffen über Aluminium bis hin zu vergüteten Stählen.
Die weltweit einzigartige Neuentwicklung wird erstmals live auf der
Weltleitmesse für Produktionstechnologie EMO (22.-26. September 2025,
Hannover) vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte
Materialforschung IFAM, Stade, gemeinsam mit der Siemens AG und der
autonox Robotics GmbH auf dem Siemens-Stand F30 in Halle 6 präsentiert.
Neuartiger Bearbeitungsroboter – Höchste Präzision und Dynamik in der
Fertigung
Das Fraunhofer IFAM in Stade hat gemeinsam mit Siemens eine wegweisende
Technologie zur Verbesserung der Dynamik und Präzision von
Industrierobotern entwickelt. Diese vereint intelligente, modellgestützte
Regelungsstrategien mit neuartigen Antriebstechnologien kombiniert mit
einer von autonox Robotics optimierten mechanischen Struktur des Roboters.
Mit Hilfe der Entwicklung können dynamische Fehler kompensiert und
Schwingungen effektiv gedämpft werden. Dadurch verbessert sich die
Bahngenauigkeit signifikant, selbst bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten
und komplexen Bewegungsmustern.
Ein besonderer Vorteil ist die optimierte Störunterdrückung, die selbst
bei hochdynamischen Prozesskräften für eine konstante Präzision sorgt.
Damit ermöglicht dieses Antriebskonzept Bearbeitungen mit höheren
Materialabtragsraten sowie die Fähigkeit mit höheren Ruckeinstellungen zu
fahren, beides führt zu einer erheblichen Steigerung der Produktivität.
Dank dieser Eigenschaften schließt der »Machine Tool Robot« (MTR) die
Lücke zwischen klassischen Industrierobotern und Werkzeugmaschinen. Er
eignet sich besonders für anspruchsvolle Fertigungsprozesse, z.B. in der
Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien, und eröffnet neue
Möglichkeiten für die Automatisierungstechnik sowie die Smart Industry.
Alternatives Maschinenkonzept
Industrieroboter ermöglichen ein alternatives Maschinenkonzept,
insbesondere wenn sie zusammen mit einer Arbeitsraumerweiterung durch eine
flächenbewegliche Plattform oder translatorische Zusatzachsen, wie
Linearachsen, oder im Zusammenspiel mit weiteren Robotern eingesetzt
werden.
Im Vergleich zu Portalanlagen bzw. Werkzeugmaschinen ist dieses
Maschinenkonzept wesentlich platzsparender und nicht ökonomisch an
einzelne Großbauteile gebunden. Zusätzlich entfällt der Einsatz von
Sonderfundamenten, was eine zukünftige Anpassung von Fertigungsstraßen
erleichtert.
Breites Anwendungsfeld durch die Kombination von Linearachse und Roboter
Die Kombination einer seriellen Knickarmkinematik mit einer Linearachse
weist gegenüber großen Portalanlagen und Sondermaschinen für die
Bearbeitung vielfältige Vorteile auf. Die geringere Standfläche sowie die
modular gestaltete Linearachse ermöglichen eine hohe Flexibilität der
Anlage. Durch den Einsatz zweier verspannter Ritzel-Zahnstangen-Antriebe
werden Umkehreffekte kompensiert und eine ausreichend hohe
Antriebssteifigkeit des Linearachsschlittens für bahngenaue
Roboterprozesse erreicht. Aufgrund der hohen Struktursteifigkeit der
Linearachse sind die Einflüsse auf die Robotergenauigkeit trotz großer
Hebelarme zum Lastangriffspunkt gering.
Weiteres Potenzial zur Präzisionssteigerung: »CaliRob« – Modellbasierte
Kalibrierung von Industrierobotern und Linearachsen
Mit Hilfe einer am Fraunhofer IFAM in Stade entwickelten Softwareanwendung
zur modellbasierten Kalibrierung – »CaliRob« – wird eine ergänzende
Technologie zur Präzisionssteigerung erschlossen: Aufgrund unvermeidlicher
Fertigungstoleranzen weisen Industrieroboter individuelle Abweichungen vom
idealen System auf. Diese Abweichungen führen dazu, dass sich bei
Robotersystemen ohne Kenntnis dieser Abweichungen bei der Anfahrt auf
Sollposen Fehler von bis zu einigen Millimetern ergeben können. Um
höchstmögliche Genauigkeiten zu erreichen, müssen Industrieroboter daher
anforderungsgerecht kalibriert werden, beispielsweise mit »CaliRob«. Ein
Schlüsselelement dieser Anwendung ist ein sehr weitreichendes
mathematisches Modell, das über 200 Parameter zur Beschreibung einer
Roboterkinematik auf einer Linearachse umfasst.
Ausblick
Im nächsten Schritt werden die Expertinnen und Experten des Fraunhofer
IFAM das neue Robotersystem zusammen mit ihren FuE-Partnern Siemens AG
sowie autonox Robotics GmbH in anspruchsvollen Industrieanwendungen
erproben, um das Potenzial der Technologien weiter voranzutreiben. Hierbei
wird eine Roboter-Spindel von Weiss Spindeltechnologie eingesetzt, die auf
die hohen Gewichtsanforderungen ausgelegt ist.
Für Machine Tool Robots bieten sich eine Vielzahl von Anwendungen: In
Kombination mit einer Linearachse reicht das Spektrum von
Bearbeitungsaufgaben aus der Luftfahrt wie leichteren
Faserverbundstrukturen und Aluminiumlegierungen bis zur Bearbeitung
härterer Materialien, wie Stahl oder Titan, die beispielsweise im
Schienen-, Nutzfahrzeug- und Schiffbau sowie in der Energiebranche zum
Einsatz kommen. Eine Bearbeitung solcher Bauteile und Materialien war
bisher mittels Industrieroboter nicht industriell robust realisierbar.
Insbesondere die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialen durch Machine
Tool Robots erscheint so zukunftsträchtig.
Auftraggeber
Das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Bauen sowie
die NBank förderten das LuFo-Forschungsprojekt »Roboter Made in
Niedersachsen 2« (»RoMaNi 2«; Förderkennzeichen: ZW1-80155399). Im Namen
aller Projektpartner bedankt sich das Fraunhofer IFAM bei dem
Niedersächsischen Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Bauen, der NBank
sowie bei dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) als
Projektträger für deren Unterstützung.
Messe
Erfahren Sie mehr – besuchen Sie uns vom 22. bis 26. September auf der EMO
2025 in Hannover auf dem Siemens Stand F30 in Halle 6.