Die Bearbeitung von Metall, Holz, Kunststoff und Kompositwerkstoffen mit Fräs- und Drehmaschinen befindet sich an einem Wendepunkt: hochmoderne Technologien wie Robotik und computergestützte numerische Steuerung (CNC), die einst voneinander getrennt eingesetzt wurden, gehen heute eine strategische Zusammenarbeit ein, die die Parameter moderner Produktion neu definiert.
Aus der Verbindung dieser innovativen Technologien, die in jüngster Zeit exponentiell gewachsen sind, ging die CNC-Robotik hervor, die jeden beliebigen Arbeitsauftrag mit einem unvorstellbaren Maß an Präzision, Kontrolle, Effizienz, Reproduzierbarkeit und Qualität der Bearbeitungen umsetzt.
Ein epochaler Wandel, der viele Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Bauwesen, Medizin, Industrie, Automobil und Handwerk in vollem Umfang betrifft und deren Physiognomie verändert.
Der Mensch, der nun nicht mehr im Mittelpunkt des manuellen Prozesses steht, kümmert sich fortan um Wartung, Planung und Überwachung und übergibt in gewisser Weise die Schlüssel der Fertigungsindustrie an die neuen Technologien.
Die rasante Entwicklung der CNC-Maschinen
CNC-Maschinen sind in fast allen Industriezweigen zu finden. Ihre Aufgabe ist das präzise Messen, Steuern und Verfahren der Maschinenachsen mit Hilfe eines Computers, der automatisch den Takt vorgibt, die Bahnen festlegt und die Arbeitsschritte bestimmt, die zur Herstellung eines Werkstücks ausgeführt werden müssen.
Vor dem Aufkommen der CNC-Maschinen wurden die Werkstücke von den Fabrikarbeitern hergestellt, wobei die Ergebnisse in quantitativer und qualitativer Hinsicht oftmals unbefriedigend waren. Dazu kamen menschliche Fehler, die zu Verzögerungen aufgrund von Nacharbeiten oder Neuanfertigungen führten, die Zeit und Geld kosteten.
Die ersten computergesteuerten Maschinen kamen in den 40er-Jahren auf den Markt. Ein System, das Lochkarten zur Bewegungssteuerung von Werkzeugmaschinen verwendete und zur Herstellung von Hubschrauberteilen diente, gilt als erste CNC-Maschine. Das Verdienst für diese Erfindung wird dem Luftfahrtingenieur John T. Parsons zugeschrieben.
In den 60er-Jahren wurden die ersten analogen Steuerungssysteme durch digitale Steuerungen ersetzt, was zu einer Steigerung der Effizienz und Flexibilität der Bearbeitungen führte.
In den 70er- und 80er-Jahren kamen dann die Softwareprogramme heraus: Der Produktionsprozess, von der Idee bis zum fertigen Produkt, beginnt mit einem digitalen Modell, das mit CAD (Computer-Aided Design) erstellt wird. Dieses wird dann mit der CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) in Betriebsanweisungen übersetzt und an die Maschine übertragen, die die Arbeit physisch ausführen wird.
Eine weitere wichtige Entwicklung war die Einführung von mehrachsigen Maschinen, die anders als in der Vergangenheit ein Werkstück an mehreren Seiten ohne manuelles Bewegen bearbeiteten und vielseitige Einsatzmöglichkeiten boten.
Autonomie, Präzision und Effizienz bei der Bearbeitung mit CNC-Robotik
Die Grenze, die einst die Robotik von der computergestützten numerischen Steuerung trennte, ist heute verschwommen und fast vollständig verschwunden. Die beiden Technologien ergänzen und überlagern sich auf immer harmonischere Weise und ermöglichen die Herstellung vielfältiger Komponenten in verschiedenen Sektoren:
- Flugzeug- und Raketenteile (Luft- und Raumfahrt);
- Motorblock und Zylinderköpfe (Automobilindustrie);
- Prothesen und chirurgische Instrumente (Medizinsektor);
- Fertigbauteile mit personalisiertem Design (Bauwesen).
Mit den CNC-Maschinen hatten die verschiedenen Produktionstätigkeiten (Fräsen, Drehen, Laserschneiden und 3D-Druck) einen sehr hohen Automatisierungsgrad erreicht, der jedoch menschliches Eingreifen erforderte, z. B. beim Be- oder Entladen der Teile, beim Programmieren oder bei der Prozessüberwachung.
Mit der Integration von Robotik und CNC haben die Abläufe einen Sprung nach vorne gemacht: Die Einführung von Robotern hat es ermöglicht, völlig autonome und effiziente Systeme zu schaffen, die Projekte von Anfang bis Ende verwalten können.
Diese Verflechtung von Eigenschaften und Fähigkeiten führte zur Entstehung der CNC-Robotik mit intelligenten und vollautomatisierten Systemen, die ein sehr hohes Maß an Präzision und nahezu unbegrenzte Reproduzierbarkeit garantieren.
Konkret übernehmen Roboter unzählige Aufgaben:
- Be- und Entladen von Werkstücken in CNC-Maschinen;
- Transport zwischen den verschiedenen Arbeitsplätzen;
- komplexe Montage-, Schweiß-, Schneid-, Endbearbeitungs- und Poliervorgänge;
- mit Sensoren und Bildverarbeitungssystemen ausgestattete Roboter können Produkte inspizieren und die Normentsprechung überprüfen.
Dank Algorithmen für maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz haben Maschinen auch die Fähigkeit zur Echtzeitanpassung, zur prädiktiven Wartung und Prozessoptimierung, was eine Qualitätssteigerung und maximale Abfallreduzierung nach sich zieht.
In einigen Fällen werden die Roboter mit Bearbeitungswerkzeugen ausgestattet und verwandeln sich so in echte CNC-Roboter.
CNC-Robotik, kommende Szenarien und die EMO 2025
Die Gegenwart und Zukunft der Fertigungstechnik basiert auf CNC-Robotik, die schnelle Lieferzeiten, maximale Anpassung, geringen Platzbedarf der Arbeitsstationen und eine verschwindend geringe Fehlerquote ermöglicht.
Aber andere Revolutionen sind im Gange und werden den Sektor weiter verändern: So kann beispielsweise die zunehmende Verbreitung von Cobots (kollaborative Roboter), die auf sichere Weise mit Menschen zusammenarbeiten sollen, neuen futuristischen Szenarien den Weg ebnen.
Eine Gelegenheit, diese Themen zu vertiefen und die innovativsten Trends zu entdecken, bietet die EMO 2025, die Weltleitmesse der Produktionstechnologie, die vom 22. bis 26. September in Hannover stattfindet.
