Fräsroboter gewinnen an Präzision dank neuer Spindeltechnologie

Neue Frässpindeln für Industrieroboter ermöglichen Bearbeitungen im Submillimeterbereich und erweitern das Einsatzspektrum deutlich. Die Kombination aus optimierter Kinematik, intelligenter Steuerung und konsequentem Leichtbau eröffnet neue Potenziale für die flexible Fertigung.

Neue Frässpindeln für Industrieroboter ermöglichen Bearbeitungen im Submillimeterbereich und erweitern das Einsatzspektrum deutlich. Die Kombination aus optimierter Kinematik, intelligenter Steuerung und konsequentem Leichtbau eröffnet neue Potenziale für die flexible Fertigung.

Industrieroboter entwickeln sich zunehmend zu vielseitigen Werkzeugen in der Fertigung. Neben klassischen Anwendungen wie Handling oder Schweissen rückt das präzise Fräsen stärker in den Fokus. Voraussetzung dafür ist jedoch eine deutlich verbesserte Genauigkeit. Genau hier setzen neue Entwicklungen in der Spindeltechnologie an, wie sie unter anderem von Weiss Spindeltechnologie vorangetrieben werden.

Präzision durch abgestimmtes Gesamtsystem

Bereits 2019 untersuchten Siemens und mehrere Fraunhofer-Institute, welche Fertigungsverfahren besonders von robotergestützten Lösungen profitieren könnten. Dabei zeigte sich, dass insbesondere das Fräsen grosses Potenzial bietet, bislang jedoch an der erreichbaren Präzision scheiterte.

Mit dem Konzept «Sinumerik Machine Tool Robot» (MTR) konnte diese Hürde überwunden werden. In Kombination mit optimierter Kinematik und leistungsfähigen Antrieben erreichen Fräsroboter heute eine bis zu zehnfach höhere Genauigkeit als konventionelle Industrieroboter. Bearbeitungen im Submillimeterbereich werden damit realisierbar.

Eine zentrale Rolle spielt dabei die Frässpindel als Schlüsselkomponente im Gesamtsystem. Speziell entwickelte Lösungen, etwa von Weiss Spindeltechnologie, sind darauf ausgelegt, diese Präzision im praktischen Einsatz umzusetzen.

Leichtbau als entscheidender Faktor

Die Anforderungen an eine Spindel für Roboter unterscheiden sich grundlegend von jenen in klassischen Werkzeugmaschinen. Besonders das Gewicht beeinflusst die Performance massiv, da die Spindel am Ende des Roboterarms montiert ist.

Projektleiter Georg Sauer beschreibt die Herausforderung so: «Im Gegensatz zu stationären Werkzeugmaschinen spielt bei Roboteranwendungen jedes Kilogramm eine entscheidende Rolle.»

Die Lösung liegt im konsequenten Leichtbau. Durch optimierte Konstruktion und gezielte Materialauswahl konnte das Gewicht reduziert werden, ohne Stabilität oder Leistung zu beeinträchtigen.

Kosteneffizienz durch reduzierte Peripherie

Neben dem Gewicht beeinflusst auch die Systemarchitektur die Wirtschaftlichkeit. Ziel war es, den Kostenvorteil von Robotersystemen gegenüber klassischen Werkzeugmaschinen nicht durch zusätzliche Komponenten zu relativieren.

Die Spindeln sind deshalb als Asynchron-Variante ausgeführt. Dadurch entfallen bestimmte Zusatzkomponenten, die bei Synchronmotoren erforderlich wären. Auch auf eine Drossel konnte verzichtet werden.

Beim Werkzeugwechsel setzt das System konsequent auf Pneumatik statt Hydraulik. Da Industrieroboter in der Regel bereits über Druckluftanschlüsse verfügen, lassen sich zusätzliche Aggregate vermeiden. Die Kühlung erfolgt über kompakte Wasserkühlsysteme, die eine hohe Leistungsdichte ermöglichen.

Skalierbare Spindelplattform für unterschiedliche Anwendungen

Die entwickelten Frässpindeln stehen in mehreren Leistungsklassen zur Verfügung. Das Spektrum reicht von kompakten Einheiten mit 6,6 kW bis hin zu leistungsstärkeren Varianten mit 16,5 kW. Je nach Ausführung sind Drehzahlen bis zu 21’000 min⁻¹ möglich.

Dank standardisierter Schnittstellen lassen sich die Spindeln grundsätzlich in verschiedene Robotersysteme integrieren. Ihr volles Potenzial entfalten sie jedoch vor allem in abgestimmten Gesamtlösungen, bei denen Robotik, Steuerung und Spindeltechnologie präzise aufeinander abgestimmt sind.

Neue Anwendungen durch mobile Bearbeitung

Die Kombination aus Mobilität und Präzision eröffnet neue Einsatzfelder. Besonders bei grossen oder schwer zugänglichen Werkstücken ergeben sich klare Vorteile.

So können beispielsweise Schiffsschrauben oder andere Grosskomponenten direkt vor Ort bearbeitet werden. Aufwendige Demontage- und Transportprozesse entfallen, was Zeit und Kosten reduziert. Gleichzeitig lassen sich mehrere Bearbeitungsschritte, etwa Fräsen und Auftragsschweissen, in einem Arbeitsgang durchführen.

Auch grossflächige Werkstücke profitieren von der Flexibilität. Durch den Einsatz von Schienensystemen lässt sich der Arbeitsbereich deutlich erweitern und an unterschiedliche Anforderungen anpassen.

Fazit

Fräsroboter entwickeln sich vom Spezialwerkzeug zur flexiblen Alternative in der Zerspanung. Entscheidend ist dabei das Zusammenspiel aus Kinematik, Steuerung und Spindeltechnologie. Neue, konsequent auf Robotikanwendungen ausgelegte Spindeln – wie sie unter anderem von Weiss entwickelt werden – tragen wesentlich dazu bei, die erforderliche Präzision und Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Damit entstehen neue Möglichkeiten für eine adaptive und mobile Fertigung.