Im Industriearbeitskreis „Zerspanen mit Industrierobotern“ steht die roboterbasierte Bearbeitung im Mittelpunkt.

Dabei werden die folgenden Schwerpunkte in Bezug auf die Bauteilqualität untersucht:

• Kompensation der Industrieroboternachgiebigkeiten
• Prozessparameter für die spanende Bearbeitung
• Entwicklung eine Methode zur Bewertung der Industrieroboter für die Zerspanung

Zielsetzung

Industrieroboter als Bearbeitungsmaschine bieten durch die Größe des Arbeitsraums, der Flexibilität und der geringen Investitionskosten viele Vorteile gegenüber dem Einsatz von kostenintensiven Werkzeugmaschinen. Dies gilt insbesondere bei großvolumigen Bauteilen und komplexen Geometrien. Jedoch erfüllen sie häufig nicht die geforderten Genauigkeiten hinsichtlich der Bahntreue und der Absolutgenauigkeit beim Spanprozess. Dies ist unter anderem auf die geringe Steifigkeit des Industrieroboters zurückzuführen, welche eine Bahnabdrängung des Werkzeugs und niederfrequente Schwingungen begünstigt. Kompensationsmethoden, die die Prozesskräfte berücksichtigen, haben noch keine ausreichende industrielle Reife erreicht. weiterlesen

Daher werden heutige Bearbeitungszellen mit Industrierobotern an Hand von Erfahrungswerten konzipiert und betrieben. Meist fehlen wissenschaftlich begründete Handlungsempfehlungen für die spanende Bearbeitung, beispielsweise hinsichtlich der Auswahl geeigneter Kinematiken, des Arbeitsraums, der Werkzeuge, der Technologieparameter sowie der Nachgiebigkeitskompensation.

Seit 2003 werden am PTW eine Vielzahl an Projekten zum Thema „Zerspanen mit Industrierobotern“ bearbeitet. Dies sind zum einen grundlagenorientierte, öffentlich geförderte Projekte der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und zum anderen anwendungsbezogene Projekte in enger Zusammenarbeit mit der Industrie. Der Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe „Zerspanen mit Industrierobotern“ am Institut PTW fokussiert den Industrieroboter als Bearbeitungsmaschine. Hierzu gehören unter anderem die Themenfelder „Prozessentwicklung und Bahnplanung“, „Modellbildung der Roboterstruktur und Fräsbearbeitung“, „Werkzeugvalidierung“ sowie „Konstruktion und Sensorintegration“. Ziel der Forschung ist es, die Genauigkeit und Qualität bei spanendend bearbeiteten Werkstücken zu steigern sowie gesundheitsgefährdende und körperlich anstrengende manuelle Arbeiten durch roboterbasierte Prozesse zu ersetzen.

Im Rahmen des Arbeitskreises wird eine Methode, ferner eine Softwarelösung, zur Nachgiebigkeitskompensation entwickelt, auf Basis derer beispielsweise Roboterhersteller, Kalibrierungsdienstleister oder Bahnplanungsspezialisten anwenderfreundliche Lösungen zur Nachgiebigkeitskompensation anbieten können. Ziel der Arbeitspakete ist es, ein über Versuche validiertes Nachgiebigkeitsmodul zu erstellen, welches Abweichungen durch externe Kräfte am Tool Center Point (TCP) durch Neuberechnung der Roboterbahnen kompensiert.

Hinsichtlich des Ziels der Ermittlung von Prozessparametern werden Korrelationen und Effekte von einzelnen Einflussfaktoren auf den Zerspanprozess untersucht und herstellerunabhängige Handlungsempfehlungen generiert. Zudem sind Aktivitäten auf dem Gebiet der Normung von Prüfverfahren für die Beurteilung von Industrierobotern für die Zerspanung angestrebt. Cluster II bildet der Themenbereich „Prozessparameter für die spanende Bearbeitung mit Industrierobotern“.