Flexmatik – Entwicklung einer genauigkeitsgesteigerten Prozesskinematik 4.1 für eine flexible energie- und ressourceneffiziente Produktion

Mit dem Ziel einer Fertigungstoleranz von mindestens ± 0,1 mm bei der Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen, befasst sich das Flexmatik-Projekt mit der Auslegung, Konstruktion und Umsetzung einer neuartigen genauigkeitsgesteigerten seriellen Prozesskinematik. Am Anwendungsbeispiel der Zerspanung von Aluminium und CFK wird diese für eine flexible, energie- und ressourceneffiziente Produktion entwickelt.

Das Ziel des Projektes ist die Erreichung einer Fertigungstoleranz von mindestens ± 0,1 mm bei der Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen bereits ab Bauteil 1 unter Verwendung serieller Mehrachs-Kinematiken. Dies bedeutet eine Steigerung um Faktor 5 bis 10 gegenüber dem aktuellen Stand der Technik. Daraus ergibt sich das notwenige Teilziel die Entwicklung einer seriellen Mehrachs-Kinematik auf einer Linearachse (»Flexmatik«) für hochgenaue Bahnprozesse.

Um den steigenden Anforderungen der Kunden und Konsumenten, hinsichtlich der Individualität ihrer Produkte sowie dem steigenden Kostendruck zu begegnen, muss die Fertigung von morgen effizient und anpassungsfähig gestaltet sein. Industrierobotersysteme bieten hierzu auf Grund ihrer Kinematik und der damit verbundenen Beweglichkeit eine flexible, anpassbare Basis. Durch die Verwendung verschiedener Bearbeitungswerkzeuge, insbesondere im Bereich der spanenden Bearbeitung, kann mit Industrierobotern (IR) der Bedarf einer wandlungsfähigen Produktion realisiert werden.

Zusätzlich ist die Energieeffizienz heutiger Industrierobotersysteme konventionellen Werkzeugmaschinen (WZM) ebenbürtig und teilweise sogar überlegen. Ein wesentlicher Nachteil bei der Nutzung von IR für die Zerspanung ist die strukturbedingte niedrige Steifigkeit und die geringe Genauigkeit serieller Kinematiken. Besonders unter äußeren Krafteinwirkungen reichen die heute erzielbaren Genauigkeiten für eine flächendeckende Verbreitung von IR für Zerspanungsaufgaben in der Industrie nicht aus. Dies gilt auch für zahlreiche andere Prozesse, z. B. offline programmierte Montage von variierenden Bauteilen, bei denen absolute Positioniergenauigkeit und/oder hohe Bahngenauigkeit gefordert und Teach-In-Prozesse nicht wirtschaftlich umsetzbar sind.

Übliche Genauigkeitsanforderungen der Bearbeitung und Toleranzen von ± 0,1 mm können für bestimmte Anwendungsfälle nur unter Verwendung kostenintensiver Maßnahmen, wie zusätzlicher Hardware und/ oder Software auf externen Rechnern zur Kompensation der Fehler, realisiert werden. Eine grundlegende Neukonzeptionierung einer Produktionskinematik, basierend auf dem aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft in den relevanten Technologiebereichen, bietet hier das entscheidende Potential zur breiten Etablierung von Robotern zur Bearbeitung.

Das Vorhaben befasst sich mit der Auslegung, Konstruktion und Umsetzung einer neuartigen genauigkeitsgesteigerten seriellen Prozesskinematik mit zusätzlicher Linearachse zur Vergrößerung des Arbeitsraumes (Flexmatik 4.1). In dem Vorhaben wird das Gesamtsystem, bestehend aus Antrieben und Getrieben, Steuerungs-, Kalibrations- und Regelungsalgorithmen sowie Strukturkomponenten, grundsätzlich auf die Bedürfnisse von Bahnprozessen ausgelegt. Anwendungsbeispiel ist die Zerspanung von Aluminium und CFK.