Robotergestützter Werkzeugbau

Effiziente Werkzeugfertigung durch robotergestützte Gesamtbearbeitung mit maschinellem Oberflächenfinish (RoboWeb)

Motivation

In Zeiten hochautomatisierter Prozesse in der industriellen Fertigung werden immer höhere Anforderungen an die Wiederholgenauigkeit und Sicherheit einzelner Prozessschritte gestellt. Es gibt derzeit jedoch noch einige Ausnahmen, bei denen ein hoher Grad an Automatisierung aus Sicht der Unternehmen noch keine signifikante Verbesserung gegenüber der derzeitigen Situation bietet. Einer dieser Bereiche ist der Werkzeugbau zur Herstellung von Umformwerkzeugen in der in Deutschland als besonders wichtig geltenden blechverarbeitenden Automobil- und Zulieferindustrie. Besonders bei der Fertigung von Umformwerkzeugen für die Außenhaut stehen der Automatisierung hohe Anforderungen an die Qualität der Bauteile entgegen, da die Prozesse und Verfahren zum Erreichen der angestrebten Güte bislang nur durch aufwändige manuelle Nacharbeit der Oberflächen erreichbar sind. Durch roboterbasiertes Spanen mit maschinellem Oberflächenhämmern zum Finish der Oberfläche kann die Prozesskette automatisiert und optimiert werden. Beiden technologischen Möglichkeiten stehen bislang Vorbehalte seitens der Anwender entgegen, die beispielsweise in der erreichbaren Genauigkeit der Robotersysteme in der Fräsbearbeitung begründet sind.

Zielsetzung

Zielsetzung

Ziel des Projekts ist die Realisierung und Bewertung einer automatisierten Prozesskette zur Herstellung von Umformwerkzeugen in der Blechumformung unter Zuhilfenahme von Industrierobotern mittels der Kombination von robotergestützter Zerspanung und robotergestütztem, maschinellen Oberflächenhämmern und eines automatisierten Tryout-Prozesses. Hierfür ist der Abgleich der simulierten mit den realen Bauteilgeometrien unerlässlich und Werkzeuge sowie Produkte müssen digitalisiert werden (Bild 1). Dies ermöglicht es erstmals den Prozess der Werkzeugherstellung ganzheitlich zu betrachten und somit Daten auch für spätere Reparaturen und Revisionen bzw. Geometrieänderungen bereitzustellen.

[1] Vergleich zwischen simuliertem (links) und digitalisiertem Realbauteil (rechts)

Lösungsweg

Lösungsweg

Zu Projektbeginn gilt es zunächst den aktuell in der Industrie der Blechumformung geltenden Anforderungen an die Werkzeuge und die Einflussfaktoren auf die Bauteilgüte in prozessabbildenden Simulationen zu identifizieren. Hierzu werden in die Simulationswerkzeuge bewusst „Fehler“ wie Geometrieabweichungen, Welligkeiten und Rauheiten eingebracht und die resultierende Produktgeometrie analysiert. Die erstmalige vollumfängliche Abbildung der Prozesskette zur Herstellung von Umformwerkzeugen vom Rohteil bis zum Produktionsprozess ist durch die Kooperation der Institute PTW und PtU möglich. In Bild 2 wird verdeutlicht, wie die Zusammenarbeit der beiden Institute im vorgestellten Projekt strukturiert ist. Im weiteren Verlauf des Projekts wird durch iteratives Vorgehen die Oberflächenfeingestalt nach der spanenden Bearbeitung und der Oberflächennachbehandlung charakterisiert und optimiert. Aufgrund des nachfolgenden, mittels digitaler Bildverarbeitung automatisierten Tryouts steht am Ende des Prozesses ein Werkzeug, bei dem jeder Fertigungsschritt nachvollziehbar ist. Abschluss des Projekts bildet die Anwendung der Erkenntnisse auf ein Realwerkzeug der beteiligten Industriepartner.

[2] Schwerpunkte und Zusammenarbeit der Institute PTW und PtU

Danksagung

Das PtU dankt der EFB sowie dem Partnerinstitut PTW und den beteiligten Firmen für die Unterstützung bei der Durchführung des Projektes.