Mocht je het nog niet gelezen hebben: robots zijn de nieuwe CNC-machines! De nieuwste robotbewerking stuurt CNC-machines de weg van de dinosauriërs op. Maar zijn robots echt goed genoeg voor verspaning? Mag er wat nuance zijn? Of zouden traditionele bewerkingscentra de weg van de dinosaurus opgaan? (Uitgestorven dus in plaats van in een miljoenenfilm te veranderen, hoewel ik ‘CNC World 3’ met plezier zou bekijken.)

In de afgelopen tien jaar is men in plaats van traditionele bewerkingsmachines robots gaan gebruiken voor een breed scala aan taken, zoals frezen, polijsten, ontbramen, snijden en zoveel meer. Maar kan robotbewerking echt beter presteren dan speciale bewerkingsmachines? Laten we dat eens uitzoeken.

Robotbewerking... echt?

Als het idee van robotbewerking voor jou nieuw is, dan mag u gerust kritisch meelezen. Robots staan niet bekend om hun stijfheid, wat doorgaans als de belangrijkste eigenschap van een CNC-machine wordt beschouwd. Robotbewerking omvat echter een aantal enorme voordelen, die dit manco probleemloos kunnen compenseren.

Stel je voor dat je een enorm blok piepschuim hebt en je wil een imposant beeld maken van het logo van jouw bedrijf voor een aankomend zakendiner. Je hebt echter niet de mensen - noch de tijd - om piepschuim met de hand te leren bewerken. Je hebt toegang tot een machinefabriek vol CNC-machines, maar die zijn allemaal veel te klein om een dergelijk volume te kunnen bewerken. Maar je beschikt wel een robot …

Dit is precies het soort toepassing dat perfect is voor robotbewerking. Het gaat om een werkstuk dat te groot is voor traditionele bewerkingscentra, dat gemaakt is van een relatief zacht materiaal en dat complexe bewerkingstrajecten vereist, die met de meeste CNC-machines niet haalbaar zijn. Daarom is robotbewerking vooral populair voor rapid prototyping-opdrachten.

Maar misschien denk je: ‘Dat is allemaal goed en wel, maar ik wil geen blok Isomo snijden. Ik wil onze eigen producten nauwkeurig bewerken. Kan robotbewerking voor mij werken?’
Misschien, we zetten de 5 pro’s en contra’s even op een rijtje.

Robots versus CNC-machines: hoe staan ze ervoor?

1. Nauwkeurigheid

De precisie van de bewerking is waarschijnlijk de belangrijkste eigenschap, die mensen gebruiken om de prestaties van een CNC-machine te bepalen. Als je machine niet nauwkeurig werkt, hoe kan je dan hopen een kwaliteitsproduct te vervaardigen?

Een KUKA-robotkalibratie met RoboDK-nauwkeurigheid van bewerkingsmachines wordt steeds beter. Hoogwaardige bewerkingscentra kunnen nauwkeurigheden bereiken tussen 20-50 micron. De zogenaamde ‘meest nauwkeurige draaibank ter wereld’ (die in 2001 werd gecreëerd en nog steeds niet lijkt te zijn overtroffen) heeft een nauwkeurigheid van 0.2 micron.

De nauwkeurigheid van robots is de laatste jaren fel verbeterd. Industriële robots kunnen worden gekalibreerd tot dicht bij hun herhaalbaarheid. Zo kan bijvoorbeeld een KUKA KR210-robot met een herhaalbaarheid van 100 micron tot op 200 micron nauwkeurig worden gekalibreerd.

Het is echter belangrijk te onthouden dat de nauwkeurigheid van een robot afhankelijk is van een goede kalibratie. Omdat de kalibratie afhangt van de eindgebruikers, heeft de robotica-industrie de neiging zich meer te concentreren op de ‘herhaalbaarheid’ van een robot dan op zijn nauwkeurigheid.

Winnaar: de CNC-Machine

2. Bewerkingsgrootte

Als het op bewerkingsgrootte aankomt, zijn er enkele indrukwekkende CNC-machines op de markt. Ik heb flatbedmachines gezien, die groter zijn dan walvissen. De meeste hebben echter een veel kleinere bewerkingsruimte.

Industriële robots daarentegen bezitten heel vaak een groot bewerkingsvolume. Een middelgrote industriële robot heeft een werkvolume van 7 tot 8 kubieke meter. Bovendien kan je gemakkelijk een externe as aan de robot toevoegen en de werkruimte nog verder uitbreiden.

Winnaar: Robotbewerking

3. Veelzijdigheid

Waarschijnlijk het grootste voordeel van robots is hun veelzijdigheid. Je kunt ze gemakkelijk van de ene taak naar de andere verplaatsen. CNC-machines zijn zeer geschikt voor één specifieke taak, of het nu gaat om frezen, draaien, boren, enz. Een robot kan al deze dingen en meer. Robots kunnen zich ook langs complexere paden bewegen dan de meeste CNC-machines. Laatstgenoemde toestellen hebben meestal 3 of 4 vrijheidsgraden (4DoF= Degrees of Freedom). Dit is voldoende voor veel bewerkingstaken, maar het kan ook beperkend zijn. Bijna alle industriële robots hebben 6 DoF, wat betekent dat je vrijwel elke vorm kunt bewerken, die je maar wil.

Winnaar: Robotbewerking

4. Stijfheid

De stijfheid van een werktuigmachine heeft een grote invloed op de nauwkeurigheid. Een gereedschap met een lage stijfheid zal bewegen, wanneer het op een hard materiaal stoot. Dit resulteert in een onnauwkeurige snede. Robots hebben gewoonlijk veel minder stijfheid dan traditionele werktuigmachines. De stijfheid van een robot is meestal minder dan 1 Newton per micrometer, terwijl die bij CNC-machines vaak meer dan 50 Newton per micrometer bedraagt.

Gereedschappen met een lage stijfheid hebben doorgaans ook een lagere eigenfrequentie, wat betekent dat het gereedschap trilt wanneer het in contact komt met het materiaal. Robots hebben een eigen frequentie van 10 tot 20 Hz, vergeleken met enkele honderden of duizenden Hz bij gereedschapsmachines.

Robotbewerking kan gemakkelijk overweg met zachte materialen zoals schuim, hout, plastic, enz. Hardere materialen, zoals staal of titanium, kunnen echter speling veroorzaken in de motoren van de robot, waardoor de nauwkeurigheid afneemt.

Winnaar: de CNC-machine

5. Betaalbaarheid

Zowel bewerkingscentra als robots kunnen duur zijn. Robots hebben echter twee duidelijke voordelen ten opzichte van traditionele CNC-machines: hun grote werkruimte en hun veelzijdigheid. De mogelijkheid om voorwerpen van (vrijwel) elke grootte, vorm en complexiteit te bewerken, betekent dat robots een bedrijf meer waarde kunnen bieden tegen lagere kosten. Onderzoekers van de Universiteit van Bergen in België schatten dat een robot 30% goedkoper is dan een bewerkingsmachine met dezelfde werkruimte.

Winnaar: Robotbewerking

 Conclusie : Jain (ja + nein)

Het antwoord op de vraag ‘Kunnen robots beter presteren dan CNC-machines?’ is een volmondig ‘Ja’ en ‘nee’.  Het hangt ervan af wat het woord ‘beter presteren’ betekent voor uw toepassing.

Als jouw bewerkingstaak een hoge nauwkeurigheid en stijfheid vereist, zijn CNC-machines onverslaanbaar. Maar als je nood hebt aan veelzijdigheid, een grote werkruimte en betaalbaarheid, dan is robotbewerking de juiste keuze.

Ik zou dus durven stellen dat de robotbewerking momenteel steeds meer adaptatie vindt binnen het CNC-ecosysteem, namelijk de integratie van kleinere, complexe bewerkingsrobots in een CNC-werkruimte.