Read more
Die inkrementelle Blechumformung bietet das Potenzial, Blechbauteile in kleinen Stückzahlen kostengünstig herzustellen und begegnet damit dem zunehmenden Trend größerer Variantenvielfalt und verkürzter Produktlebenszyklen, dem die Industrie seit einigen Jahren ausgesetzt ist. Das im Rahmen dieser Arbeit betrachtete Umformverfahren "Roboforming" stellt eine Umsetzung der inkrementellen Blechumformung dar, bei der für die Werkzeugführung zwei konventionelle Schwerlast-Knickarmroboter zum Einsatz kommen. Damit erfüllt insbesondere dieses Verfahren durch seine beidseitige Umformung unter Einsatz zweier geometrieunabhängiger Werkzeuge sowie durch seine vollständig rechnergestützte Prozesskette das Ziel einer schnellen Umsetzung vom CAD-Modell zum realen Bauteil.
Im Vergleich zu anderen, zumeist mittels einer Werkzeugmaschine umgesetzten Verfahren, bietet der Robotereinsatz die Vorteile einer hochflexiblen und synchronisierten Führung beider Werkzeuge innerhalb eines großen Arbeitsraums bei vergleichsweise geringen Investitionskosten. Zudem können Verfahrensvarianten realisiert werden, die eine kraftgeregelte Werkzeugführung zur gezielten Druckspannungsüberlagerung in der Umformzone ermöglichen und die die Herstellung von Bauteilen mit Hinterschnitten und Konvex/Konkav-Wechseln in Tiefenrichtung in einer Aufspannung ohne Patrizeneinsatz erlauben. Neben den genannten Vorzügen weisen die eingesetzten Industrieroboter jedoch den Nachteil einer deutlich geringeren Struktursteifigkeit im Vergleich zu Werkzeugmaschinen auf. In Verbindung mit den am Umformwerkzeug angreifenden Prozesskräften sind signifikante Abdrängungen des Werkzeugs von dem gewünschten Umformpfad die Folge, welche im Rahmen der vorliegenden Arbeit als Hauptursache für die auftretenden Form- und Maßhaltigkeitsfehler mittels Roboforming hergestellter Werkstücke identifiziert werden konnten.
Mit dem Ziel die Bearbeitungsgenauigkeit im Roboforming signifikant zu steigern, wurden daher im Rahmen der vorliegenden Arbeit fünf Ansätze zur Kompensation dieser prozesskraftbedingten Bahnfehler entwickelt, implementiert, experimentell validiert und miteinander verglichen. Vier dieser Ansätze basieren auf einem Mehrkörpersystem-Modell, welches das nichtlineare poseabhängige Steifigkeitsverhalten des Industrieroboters abbildet und damit die Simulation der Werkzeugabdrängung unter Last ermöglicht. Die Ansätze unterscheiden sich dabei in der Art ihrer Ausführung (Online-/Offline-Kompensation) und in der Form ihrer Implementierung (externe Echtzeitumgebung / robotersteuerungsintern). Der fünfte Ansatz verzichtet auf die modellbasierte Vorgehensweise unter Einsatz eines optischen Koordinatenmessgeräts zur Online-Erfassung und Korrektur der Bahnfehler. Die experimentelle Analyse jedes Ansatzes anhand eines exemplarischen Umformversuchs konnte deren Potenziale hinsichtlich Praxistauglichkeit, Wirtschaftlichkeit und Genauigkeit aufzeigen. Dabei konnten mit dem wirksamsten Ansatz die prozesskraftbedingten Bahnfehler so stark reduziert werden, dass der Industrieroboter während der Umformung unter Last die Bahn-Absolutgenauigkeit des unbelasteten Referenzfalls erreichte. Für den exemplarischen Umformversuch entsprach dies einer Reduzierung des Bahnfehlers um 70 % von 2,0 mm auf 0,6 mm.
