Bei Fräs-, Schleif-, Laser- oder Plasmaschneidbahnen geht es nicht um ein paar hundert Punkte, sondern um Millionen. „Bei CNC-Prozessen sprechen wir von Millionen von Punkten – das kann man einem Roboter nicht beibringen; dafür braucht man CAM“, erinnert sich der Geschäftsführer von CNC Solutions Lander Debruyne. CNC Solutions erstellt bereits seit den 1990er-Jahren CNC-basierte Bahnen und lieferte schlüsselfertige Zellen, schon lange bevor Roboter-CNC in Mode kam. Doch als die Aufgaben immer anspruchsvoller wurden, stieß der übliche, auf die Steuerung ausgerichtete Ansatz an seine Grenzen. Das Team benötigte einen Arbeitsablauf, der im CAM beginnt, die reale Zelle simuliert und dann den Roboter wie eine CNC steuert – deterministisch, vorhersehbar und schnell. In mehr als einem Jahrzehnt voller Projekte (und hart erkämpfter Erkenntnisse mit Stäubli-Robotern) sammelten sie das Knowhow, um genau das zu erreichen. Was macht Stäubli dabei zur Konstante? Präzision und Wiederholgenauigkeit – aber auch eine abgedichtete Bauweise, die Staub und Späne abwehrt, sowie die Fähigkeit, einen Motion Layer im CNC-Stil sauber an den Roboter anzuschließen, um die Bahnführung auszuführen.
Vom Projektleitfaden zum Produkt
Der Wendepunkt war die Entscheidung, alles in einem Technology Package zusammenzufassen: ein Gesamtpaket, das die Softwareebene, die Bewegungssteuerungsebene und den Roboter bündelt – bereit für Integratoren, es mit ihren eigenen SPSen, Spannvorrichtungen und Prozessanlagen zu erweitern. Die Prozesse (wie z.B. Fräsen, Schweißen, Schleifen, Laserschneiden) sind vordefiniert und auf die Maschine abgestimmt, sodass Teams von einer validierten Ausgangsbasis statt von einem leeren Blatt Papier ausgehen können. Dahinter stehen drei Säulen. Erstens Ency Robot, eine Offline-Programmiersoftware (OLP), die Werkzeugwege präzise berechnet und die gesamte Zelle für Industrieroboter simuliert. Zweitens ein Beckhoff-Motion-Controller, der den Roboter wie eine Standard-CNC steuert. Drittens ein Stäubli-Roboter, der diese Aufgabe mit der Genauigkeit und dem Arbeitszyklus ausführt, die die Produktion erfordert. Dieser Stack entstand nicht über Nacht. Wie Debruyne erklärt, hat das Team ’sein Fachwissen Schritt für Schritt vertieft‘ und die Bewegungen der Roboterachsen so lange angepasst, bis sich der Inbetriebnahmeprozess eher wie bei einer CNC-Maschine als bei einer maßgeschneiderten Lösung verhielt. Das Ergebnis ist ein produktreifes System, das andere Integratoren nun in ihre Zellen integrieren können.
Offline-Programmierung als Beschleuniger
CNC Solutions hat die Offline-Roboterprogrammierung in Ency integriert. Anstatt stundenlang mit dem im Leerlauf befindlichen Roboter online zu programmieren, simuliert die Programmier-Suite die gesamte Zelle, überprüft die Achsgrenzen, vermeidet Singularitäten und führt eine vollständige Kollisionskontrolle durch – so wird die Inbetriebnahmezeit zur Produktionszeit. Es ist eine echte All-in-One-Lösung: Konstruktion, Technologieeinrichtung, Werkzeugwegberechnung und Simulation in einer Umgebung, mit einem code-freien Digital-Twin-Generator sowie Bibliotheken mit Postprozessoren und Robotermodellen.
„Man beginnt in einer vertrauten CNC-Umgebung und übersetzt CAM-Strategien in Roboterbewegungen“ – so beschreibt das Team die Philosophie. Die Wahl von Ency spiegelt diesen Pragmatismus wider: umfassende Funktionalität für einfache zweiachsige Aufgaben und komplexe mehrachsige Zellen, wobei Codepfade und Modelle intern verwaltet werden, sodass das Verhalten transparent bleibt. Zu den sofort einsatzbereiten Prozessen gehören u.a. Fräsen, Schleifen, Entgraten, Polieren, Strahlen, Plasma- und Laserschneiden/-schweißen, Wasserstrahlschneiden, Plattieren, Lackieren, Reinige und Kleben.
Plug&Play
Aber das Technology Package geht über die Software hinaus. Mithilfe einer Plug&Play-Verkabelung wird der Stäubli-Roboter über ein einziges Kabel an die Steuerung angeschlossen; das Paket wird mit vordefinierten, zellspezifischen Prozessen geliefert. CNC-ähnliche Betriebsarten (Auto, Manuell, Referenzposition), Vorschub-Übersteuerungen und Notauslogik gehören zum Standard. Das System stellt Prozess-I/O- und Kommunikationsschnittstellen für das Anlagennetzwerk bereit und unterstützt die Drehzahlregelung während automatischer Abläufe. Selbst manuelle Bewegungen nach dem Encoder/-Rad-Prinzip werden berücksichtigt. Und da jede reale Zelle von den Spezifikationen abweicht, sind bereits im Lieferumfang enthalten: Absolut-/TCP-/Frame-Kalibrierung, Singularitätsbehandlung, OPC-UA-Konnektivität, Echtzeit-Bahnkorrekturen und Werkzeugverschleißkompensation. Da Ency das Online-Roboter-Teachen überflüssig macht und der Motion Layer sich wie eine CNC verhält, umgehen Teams die heiklen Übergaben und können sich voll auf Vorrichtungen, Werkzeuge und Prozessfenster konzentrieren.
Bereitstellung für Systemintegratoren
Nachdem eine Zelle nach der anderen ausgeliefert worden war, verfügte CNC Solutions über einen stabilen Stack, der sich wie eine Werkzeugmaschine verhält. Die Bereitstellung für Integratoren war der schnellste Weg, diese Zuverlässigkeit auf mehr Betriebe, Branchen und Anwendungsfälle auszuweiten. Was ein Integrator nun tatsächlich erhält, ist eine produktionsreife Basis, die auf einem Beckhoff-Motion-Cabinet mit einem CNC-ähnlichen HMI und einem Handbediengerät basiert, die Ency-Software für Offline-Programmierung, Simulation sowie Kollisions- und Singularitätsprüfungen sowie eine übersichtliche Verbindung über ein einziges Kabel zu einem Stäubli-Roboter. Das Paket wird sofort einsatzbereit mit vordefinierten Prozessen geliefert und ist für echte Fertigungszellen ausgelegt: TCP/Absolut/Rahmenkalibrierung, OPC-UA-Schnittstellen, Echtzeit-Bahnkorrekturen und Werkzeugverschleißkompensation sind bereits integriert. Der Stack läuft wie eine CNC-Achs-Gruppe.
Debruyne fasst zusammen: „Roboter machen sich nur dann bezahlt, wenn man eine echte Lösung um sie herum aufbaut.“ Das bei CNC Solutions entwickelte Technology Package ist eine solche.
