Tillverkare måste i allmänhet erbjuda högkvalitativa produkter till låga priser för att förbli konkurrenskraftiga. Tre Fraunhofer-institut arbetar därför med nästa generations industrirobotar som kommer att underlätta kostnadseffektiva produktionsprocesser. Forskarna fokuserar på att utveckla en ny kinematik för fräsning av lättviktsmaterial, metaller, och stål. Målet:att uppnå en produktionstolerans på bara 0,1 millimeter över hela robotarbetsytan från och med den allra första komponenten.

Allt fler konsumenter efterfrågar skräddarsydda, skräddarsydda produkter. Morgondagens produktionsanläggningar måste vara effektiva och mångsidiga om de hoppas kunna möta allt strängare krav och varje kunds specifika behov – allt samtidigt som de bemästrar trycket från stigande kostnader. Verktygsmaskiner med hög precision som ger arbetsstycken en viss geometrisk form förblir valet. Konventionella industrirobotar har helt enkelt inte kunnat, på grund av deras otillräckliga precision, att ersätta sådana verktygsmaskiner. Att använda robotar för fräsoperationer är fortfarande särskilt utmanande. Främst på grund av växlarna, Låg robotstyvhet avleder verktyget – vilket minskar dess attraktivitet för användning. Verkligen, produktionspersonal måste följa extremt snäva produktionstoleranser varje gång de bearbetar lättviktsmaterial, såsom aluminium eller kolfiberförstärkt plast (CFRP), såväl som metaller, och stål.

Skräddarsydd produktion, även för en batchstorlek på en

Forskare som arbetar med Fraunhofers gemensamma forskningsprojekt "Flexmatik 4.1" (se rutan) utvecklar en industrirobot designad för högprecisionsfräsning av lättviktsmaterial. Projektpartners är Fraunhofer Institutes for Production Systems and Design Technology IPK, för tillverkningsteknik och avancerade material IFAM, och för strukturell hållbarhet och systemtillförlitlighet LBF. Forskarna måste se över kinematiken om roboten ska visa sig framgångsrik. Sascha Reinkober, avdelningschef på Fraunhofer IPK, förklarar:"Vi konstruerar en kinematisk kedja med flera axlar som är speciellt designad för kontinuerliga processer." Roboten fortsätter från punkt A till punkt B för den komponent som bearbetas genom att korsa en linjär enhet, en typ av räls. "Systemsimuleringarna vi genomförde under designfasen indikerar att vi kan uppnå ett precisionsmål på plus/minus 0,1 millimeter. Detta kommer att vara möjligt från den allra första komponenten, trots de processkrafter som verkar på den. Tillverkare kan därför skräddarsy produktionen, även för en batchstorlek på bara en enhet, säger Jan Hansmann, projektledare på Fraunhofer LBF. "Under exponeringen av processkrafter, roboten kommer att avvika mycket mindre från sin programmerade målbana. Roboten kan följaktligen borra ett hål på den avsedda platsen för komponenten med mycket större precision, till exempel."

För att säkerställa hög precision, forskarteamet utvecklar ett nytt drivkoncept för enskilda axlar. Delvis direkta enheter används, som är betydligt styvare under drift än dagens högteknologiska växlar. Och en ny klimatkontrollstrategi minimerar oprecision på grund av temperaturfluktuationer. Roboten är även utrustad med en cnc-kontroll för verktygsmaskiner. Sist men inte minst, nya Flexmatik har ett aktivt vibrationskontrollsystem.

Den nydesignade roboten erbjuder viktiga fördelar jämfört med verktygsmaskiner:anskaffningskostnaden minskar med så mycket som en faktor 10 och energiförbrukningen med så mycket som en faktor 15. Tack vare sin linjära enhet, Flexmatik uppvisar en arbetsyta i paritet med stora portalfräsmaskiner – och bättre tillgänglighet. Jämfört med en portalfräs, Flexmatik kräver ingen speciell tung grund. Detta håller byggkostnaderna lägre och ger användarna flexibilitet när det gäller att installera det. Fraunhofer-forskare vill färdigställa en funktionell prototyp i slutet av 2018.

Deras innovativa fräsrobot kan hantera ett brett spektrum av applikationer – inklusive bearbetning av stora CFRP-strukturer som flygkroppar, fräsning av komponenter för gasturbiner, och omkonturering av pressverktyg. "Flexmatiken är ett lämpligt val för många applikationer inom praktiskt taget alla sektorer som använder verktygsmaskiner. Men det handlar inte om att ersätta verktygsmaskiner. Flexmatiken kan istället vara ett användbart tillskott som delar arbetsbelastningen. Det slutliga målet är att göra produktionsprocesserna mer kostnadseffektiva. effektiv, " betonar Sven Philipp von Stürmer, projektledare på Fraunhofer IFAM.