Roboter vs. CNC-Maschinen: Wer führt im modernen Maschinenbau?

Roboterbearbeitung schickt CNC-Maschinen auf den Weg der Dinosaurier! Aber sind Roboter wirklich gut genug für die Bearbeitung?

Falls Sie es noch nicht gehört haben: Roboter sind die neuen CNC-Maschinen!

Könnten traditionelle CNC-Maschinen aussterben wie die Dinosaurier? (Also ausgestorben, nicht in ein Multi-Millionen-Dollar-Film-Franchise verwandelt – obwohl ich „CNC World 3“ gerne schauen würde.)

Im letzten Jahrzehnt haben Roboter begonnen, traditionelle Werkzeugmaschinen für eine Vielzahl von Aufgaben zu ersetzen: Fräsen, Polieren, Entgraten, Schneiden und mehr.

Aber kann Roboterbearbeitung dedizierte Werkzeugmaschinen wirklich übertreffen? Finden wir es heraus.

Roboterbearbeitung… wirklich?

Wenn die Idee der Roboterbearbeitung neu für Sie ist, sind Sie vielleicht skeptisch. Roboter sind nicht für ihre Steifigkeit bekannt, die meist als wichtigste Eigenschaft einer CNC-Maschine gilt. Doch Roboterbearbeitung hat enorme Vorteile, die diesen Nachteil aufwiegen können.

Stellen Sie sich vor, Sie haben einen riesigen Eisblock.

Sie wollen eine humorvolle Eisstatue Ihres CEO für ein anstehendes Geschäftsessen schnitzen. Doch Sie haben weder die Fähigkeiten noch die Zeit, Eisschnitzen von Hand zu lernen. Sie haben Zugang zu einer Werkstatt voller CNC-Maschinen, aber alle sind viel zu klein für den Eisblock.

Aber Sie haben einen Roboter.

Genau das ist die Art von Anwendung, die perfekt für Roboterbearbeitung ist. Ein Werkstück, zu groß für traditionelle Werkzeugmaschinen, aus relativ weichem Material, mit komplexen Bearbeitungspfaden, die mit den meisten CNC-Maschinen unmöglich wären. Deshalb ist Roboterbearbeitung besonders beliebt für Rapid Prototyping.

Sie denken vielleicht: „Das ist alles gut und schön, aber ich will keinen Eisblock schnitzen. Ich will unser Produkt präzise bearbeiten. Funktioniert Roboterbearbeitung für mich?“ Vielleicht.

Roboter vs. CNC-Maschinen: Der direkte Vergleich

Lassen Sie uns die Unterschiede anhand von 5 wichtigen Eigenschaften vergleichen:

1. Genauigkeit

Bearbeitungsgenauigkeit ist wahrscheinlich die wichtigste Eigenschaft, an der man die Leistung einer CNC-Maschine misst. Wenn Ihre Maschine nicht präzise ist, wie können Sie ein Qualitätsprodukt herstellen?

Die Genauigkeit von Werkzeugmaschinen verbessert sich ständig. High-End-Maschinen erreichen Genauigkeiten von 20–50 Mikrometern. Die sogenannte „weltpräziseste Drehmaschine“ (2001 gebaut, scheinbar ungeschlagen) erreicht 0,2 Mikrometer.

Robotergenauigkeit hat sich in den letzten Jahren verbessert. Industrieroboter können nahe an ihre Wiederholgenauigkeit kalibriert werden. Beispiel: Ein KUKA KR210 mit 100 µm Wiederholgenauigkeit kann auf bis zu 200 µm Genauigkeit kalibriert werden.

Wichtig: Die Robotergenauigkeit hängt von guter Kalibrierung ab (wie in unserem Artikel „Ist Offline-Programmierung wirklich präzise?“ besprochen). Da die Kalibrierung vom Endanwender abhängt, fokussiert die Robotikbranche eher auf „Wiederholgenauigkeit“ als auf Genauigkeit.

Gewinner: CNC-Maschinen

2. Arbeitsraum

Beim Arbeitsraum gibt es beeindruckende CNC-Maschinen. Ich habe Flachbettmaschinen gesehen, die größer sind als Elefanten. Doch die meisten haben einen viel kleineren Arbeitsraum.

Industrieroboter hingegen haben sehr oft einen großen Arbeitsraum. Ein mittelgroßer Industrieroboter hat ein Arbeitsvolumen von 7 bis 8 Kubikmetern. Dazu können Sie einfach eine externe Achse hinzufügen und den Arbeitsraum weiter erweitern.

Gewinner: Roboterbearbeitung

3. Vielseitigkeit

Der wohl größte Vorteil von Robotern ist ihre Vielseitigkeit. Sie lassen sich leicht von einer Aufgabe auf eine andere umstellen. CNC-Maschinen sind hervorragend bei einer spezifischen Aufgabe – Fräsen, Drehen, Bohren etc. Ein Roboter kann all das und mehr.

Roboter können auch komplexere Pfade fahren als die meisten CNC-Maschinen. CNC-Maschinen haben meist 3 oder 4 Freiheitsgrade (DoF). Das reicht für viele Aufgaben, kann aber einschränkend sein. Fast alle Industrieroboter haben 6 DoF – Sie können praktisch jede Form bearbeiten.

Gewinner: Roboterbearbeitung

4. Steifigkeit

Die Steifigkeit eines Werkzeugs beeinflusst seine Genauigkeit stark. Ein Werkzeug mit geringer Steifigkeit bewegt sich bei harten Materialien – was zu ungenauen Schnitten führt. Roboter haben meist viel weniger Steifigkeit als traditionelle Werkzeugmaschinen. Die Steifigkeit eines Roboters liegt allgemein unter 1 Newton pro Mikrometer, während CNC-Maschinen oft über 50 Newton pro Mikrometer haben.

Werkzeuge mit geringer Steifigkeit haben auch niedrigere Eigenfrequenzen – das Werkzeug vibriert bei Materialkontakt. Roboter: 10–20 Hz, Werkzeugmaschinen: mehrere hundert bis tausend Hz.

Roboterbearbeitung meistert weiche Materialien wie Schaum, Holz, Kunststoff leicht. Hartere Materialien wie Stahl oder Titan können jedoch Rückschlag in den Motoren verursachen und die Genauigkeit verringern.

Gewinner: CNC-Maschinen

5. Erschwinglichkeit

Sowohl Werkzeugmaschinen als auch Roboter können teuer sein. Doch Roboter haben zwei klare Vorteile: großen Arbeitsraum und Vielseitigkeit. Die Möglichkeit, Objekte praktisch jeder Größe, Form und Komplexität zu bearbeiten, bedeutet, dass Roboter mehr Wert für weniger Kosten bieten können.

Forscher der Universität Mons in Belgien schätzten, dass ein Roboter 30 % günstiger ist als eine Werkzeugmaschine mit demselben Arbeitsraum.

Gewinner: Roboterbearbeitung

Fazit

Die Antwort auf „Können Roboter CNC-Maschinen übertreffen?“ ist ein klares „Ja.“

Aber mit einer Einschränkung: Es kommt darauf an, was „übertreffen“ für Ihre Anwendung bedeutet.

Wenn Ihre Bearbeitungsaufgabe hohe Genauigkeit und Steifigkeit erfordert, sind CNC-Maschinen unschlagbar. Wenn Sie jedoch Vielseitigkeit, großen Arbeitsraum und Erschwinglichkeit brauchen, ist Roboterbearbeitung der Weg.

Roboterbearbeitung für sich nutzen

Roboterbearbeitung ist einfach – mit der richtigen Programmiersoftware. RoboDK bringt ein integriertes Roboterbearbeitungstool mit, das Ihre CAM-erzeugten ASM-Dateien oder G-Code in Roboterpfade umwandelt. Ein Video-Demo finden Sie hier.

RoboDK unterstützt auch Roboter, die speziell für Bearbeitungsanwendungen entwickelt wurden (mit verbesserter Steifigkeit und Genauigkeit) wie Stäubli RX170 hsm, ABB IRB 6660 und KUKA KR 500-3 (Machine Tool Variante). Diese und hunderte weitere Modelle finden Sie in der Roboterbibliothek.

Planen Sie, einen Roboter für Bearbeitungsaufgaben anzuschaffen? Schreiben Sie uns in den Kommentaren unten oder diskutieren Sie mit auf LinkedIn, Twitter, Facebook oder Instagram.