Hochproduktivitätszelle zum automatisierten Austrennen und Entgraten dünnwandiger Bauteile (highFlex)

Problemstellung
Dünnwandige Leichtbau-Strukturkomponenten, wie sie in der Luft- und Raumfahrt häufig eingesetzt werden, konnten bisher nur mit manueller Nacharbeit prozesssicher entgratet werden. Durch die meist orts- und richtungsabhängige Bauteilsteifigkeit ergeben sich lokal unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der zulässigen Prozesskräfte und -momente und wechselnde Werkzeugeingriffsbedingungen. Bisher verfügbare Systeme erforderten einen hohen Einrichtaufwand und boten nur eingeschränkte Möglichkeiten zur Anpassung der Prozesse an die wechselnden Randbedingungen. Sie waren daher nur für hohe Stückzahlen geeignet.

Projektziele
Im Projekt highFlex sollte der Austrenn- und Entgratprozess durch die Entwicklung einer sensierenden Endeffektor-Aktuatorik für die Robotik prozesssicher automatisiert werden. Hierzu wurde ein Einsatzleitfaden mit prozesssicheren Parametern für das Austrennen und Entgraten erstellt. Darüber hinaus wurde eine gewichtsoptimierte, bauteilflexible Spanntechnik entwickelt, welche die sichere Bauteilhandhabung und -aufspannung eines Strukturbauteilspektrums mittels der Robotik ermöglicht. Schließlich war ein neues Steuerungskonzept für die vollständig integrierte Prozesskette zu realisieren, welches einerseits eine durchgängige CAD-CAM-Kette bietet und andererseits eine vollständige Systeminteraktion von Roboter- und Werkzeugmaschinensystemen in einem Arbeitsraum synchron und kollisionsfrei ermöglicht. Das Gesamtkonzept ist prototypisch in Form einer integrierten Bearbeitungszelle umgesetzt worden.

Vorgehensweise
Der Lösungsansatz besteht darin, eine integrierte Bearbeitungszelle zu realisieren, die eine Kooperation spanender Werkzeugmaschinen mit Robotersystemen ermöglicht. Zum einen sollte ein Roboter in Interaktion mit einer Werkzeugmaschine dazu befähigt werden, spanende Entgratarbeiten an einem in der Werkzeugmaschine gespannten Bauteil durchzuführen. Zum zweiten sollte dieser Roboter ein Bauteil innerhalb der Werkzeugmaschine greifen und fixieren können, während die Werkzeugmaschine das Bauteil aus dem Restmaterial des Rohteils austrennt. Zum dritten führt der Roboter das ausgetrennte Bauteil einer zweiten Bearbeitungsstation zu, in der ein weiterer Roboter die restlichen spanenden Entgratarbeiten durchführt. Die Realisierung dieser Prozessfolge erforderte die Entwicklung einer flexiblen Spann- und Greiftechnik sowie einer prozesssicheren sensierenden Entgratkomponente für Industrieroboter. Für die effiziente Kooperation von Werkzeugmaschinen und Robotern musste zudem eine integrierte Programmierungs- und Steuerungstechnik für deren Interaktion entwickelt werden. Hier entstand eine geschlossene CAD-CAM-Kette zur Erzeugung von NC-Code für Werkzeugmaschine und Roboter. Nach Realisierung und Test der Einzelkomponenten wurden sie in einer Fertigungszelle integriert, um den neuen Gesamtprozess zu demonstrieren.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Als Ergebnis dieses Projekts entstanden als neue Komponenten eine flexible Spann- und Greiftechnik sowie ein sensierendes Entgratmodul für Industrieroboter. Hinzu kommt eine integrierte Programmierungs- und Steuerungstechnik für die Interaktion von Werkzeugmaschine und Industrieroboter. Erst diese ermöglicht die Realisierung einer neuen, geschlossenen Prozesskette zum automatisierten Austrennen und Entgraten dünnwandiger Bauteile.
Die Arbeiten im Projekt orientierten sich an Bauteilen für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Weitere mögliche Anwendungsbereiche sind z.B. Keramikfertigung, Medizintechnik und Solartechnik, aber auch Anwendungen in der Automobilindustrie sind angedacht.

• Manutec VaWe Robotersystem GmbH
• MartinMechanic Friedrich Martin GmbH & Co. KG