MEISENBACH VERLAG GMBH BAMBERG ISBN: Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele (PTW, TU Darmstadt)

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2 Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele (PTW, TU Darmstadt) Organisation: Matthias Weigold (PTW, TU Darmstadt) Autoren: Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele (PTW, TU Darmstadt) Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus (Reis Robotics) Axel Fischer (Reis Robotics) Armin Kasper (Mapal WWS) Dr.-Ing. Andreas Kayser (Harmonic Drive AG) Jörg-Dietrich Krohmer (Precise Präzisionsspindeln GmbH) Michael Kulok (PTW, TU Darmstadt) Franz Som (Reis Robotics) Sebastian Stein (PTW, TU Darmstadt) Carsten Stroh (PTW, TU Darmstadt) Matthias Weigold (PTW, TU Darmstadt) Spanende Bearbeitung mit Industrierobotern Forschungsprojekt ADVOCUT: Entwicklungen und Industrietransfer Technische Universität Darmstadt Hrsg.: Eberhard Abele MEISENBACH VERLAG GMBH BAMBERG ISBN: Redaktion und Layout: Sibylle Scheibner, Matthias Weigold Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe (Fotokopie, Mikroskopie), der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany Druckerei typographics GmbH, Darmstadt

3 Abschlussbericht ADVOCUT Inhaltverzeichnis 1 Projektüberblick Vorwort des Herausgebers Einleitung Ausgangssituation Stand der Technik Vor- und Nachteile vollserieller Kinematiken Mechatronik in Werkzeugmaschinen Sensorik in Präzisionsgetrieben Marktpotenzial und industrielle Lösungen Zielsetzung Projektpartner Harmonic Drive AG Mapal WWS Precise Reis Robotics PTW Arbeitsplan AP1: Anforderungsanalyse AP2: Systemkonzept AP3: Schnittstellen AP4: Komponentenentwicklung AP5: Fräsbearbeitung AP6: Integration und Erprobung Proof of Principle Demonstrator AP7: Integration und Erprobung Fräsdemonstrator AP8: Ergebnisverbreitung AP9: Projektmanagement AP10: Portalkinematik AP11: Off-line Programmierung Ergebnisse Fräsbearbeitung / Werkzeugentwicklung Grundlagenuntersuchungen Werkzeugentwicklung und optimierung Vergleichsversuche auf konventioneller Werkzeugmaschine Fazit Fräsbearbeitung / Werkzeugentwicklung Motorspindel Entwicklung HSC-Motorspindel für Robotereinsatz Sensorintegration und Überwachung Fazit Motorspindelentwicklung Achsantrieb / Abtriebsseitige Regelung Abtriebsseitiges Regelkonzept Getriebe-Achs Schnittstelle: Grundachsen Getriebe-Achs Schnittstelle: Kopfachse Fazit Achsantrieb und abtriebsseitige Regelung Proof of Principle Demonstrator Aufbau Proof of Principle Demonstrator Verhalten bei statischen und dynamischen Störungen Fazit Proof of Principle Demonstrator...54 Seite 2

4 Abschlussbericht ADVOCUT 6.5 Fräsdemonstrator Entwicklungsstufen Fräsdemonstrator Analyse der Roboterstruktur Analyse der abtriebseitigen Achsregelung Analyse der Fräsprozesses Fazit Fräsdemonstrator Portalkinematik Aufbau des Portaldemonstrators Steifigkeitsanalyse Analyse der Fräsbearbeitung Fazit Portaldemonstrator Istwertbasierte Off-line Programmierung Konzept der istwertbasierten Off-line Programmierung Werkstückerfassung Optische Messtechnik und Kommunikationsschnittstelle Bahngenerierung auf istwertbasierten CAD-Modellen CNC-Schnittstelle Industrietransfer Industrieanwenderkreis Anwendungsbeispiel: Getriebegehäuse (Fa. Trimet) Anwendungsbeispiel: Vorderachsträger (Fa. BMW) Fazit Industrietransfer Zusammenfassung und Ausblick Anhang Literaturverzeichnis Veröffentlichungen Projekttreffen Abschlussveranstaltung Programm Teilnehmerliste Tagungsbeiträge Vortrag 01: Forschungsprojekt ADVOCUT Vortrag 02: HSC-Fräsbearbeitung Vortrag 03: HSC-Fräspindelentwicklung Vortrag 04: Achsantrieb und abtriebsseitige Regelung Vortrag 05: Demonstratoren Vortrag 06: Off-line Programmierung Vortrag 07: Industrietransfer ADVOCUT Vortrag 08: Schleifen und Polieren mit Industrierobotern Vortrag 09: Rührreibschweißen mit Industrierobotern Vortrag 10: Komplexe 3D-Bearbeitungsaufgaben mit IR Vortrag 11: Roboterautomation Seite 3

5 Abschlussbericht ADVOCUT 2 Vorwort des Herausgebers Industrieroboter sind heute in vielen Anwendungsbereichen wirtschaftlich eingesetzt. Im Bereich des Bearbeitens ist bisher ein Einsatz oftmals an der noch relativ großen Nachgiebigkeit der Industrieroboterstruktur gescheitert. Die Entwicklung der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung hat die letzten Jahre die Möglichkeit eröffnet relativ hohe Abtragsraten mit kleinen Reaktionskräften auf die Frässpindel zu erreichen. Damit könnte zukünftig der Industrieroboter für Anwendungen wie Entgraten, Gussputzen, Schruppen und Vorbearbeiten von Aluminiumwerkstücken sowie Bearbeitung von CFK/GFK-Teilen sich ein wesentlich größeres Einsatzgebiet erschließen. Im Jahre 2003 wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, bzw. vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe, Bereich Produktion und Fertigungstechnologie (PTKA-PFT) ein Projekt im Rahmen der Initiative Werkzeugmaschine 2010 bewilligt, dass hier eine Weiterentwicklung forcieren soll. In dem Konsortium der beteiligten Firmen war die gesamte Prozesskette abgebildet, bestehend aus Industrieroboterhersteller, Getriebehersteller, Spindelhersteller als auch Werkzeughersteller. Nach nunmehr dreijähriger gemeinsamer Forschungstätigkeit möchten wir Ihnen in diesem Bericht die Forschungs- und Entwicklungsergebnisse vorstellen. Diese Ergebnisse werden in diesem Bericht in 6 verschiedenen Fachvorträgen vorgestellt. Im zweiten Teil des Tagungsbandes finden Sie ergänzende Anwendungsbeispiele, mit denen wir im Rahmen des Vorhabens engen Kontakt gepflegt haben. Für die Förderung der Arbeit danken wir dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie dem Projektträger (PTKA-PFT). Mein Dank gilt allen Mitarbeitern des Projektes ADVOCUT für engagierte Mitarbeit, Kooperation und die Bereitschaft neue unkonventionelle Wege gemeinsam auch über Wissenschaftdisziplinen hinweg zu gestalten. Ihnen liebe Leserin und lieber Leser wünsche ich viele inspirierende Einblicke in die Arbeiten des Projektes ADVOCUT. Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele Vorwort des Herausgebers Seite 5

6 Abschlussbericht ADVOCUT Gebundene Ausgabe (133 Seiten), inkl. Daten-CD 50 Weitere Informationen erhalten Sie bei: Dipl.-Ing. M. Weigold Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen TU Darmstadt Petersenstraße Darmstadt Tel: +49 (6151) Fax: +49 (6151) Homepage: