Zusammenfassung
Im März 2007 ist das Verbundprojekt ROBOFORMING mit zehn Partnern aus Industrie und Forschung unter Koordination der Dieffenbacher System-Automation GmbH erfolgreich mit einem Kick-off Meeting an der Ruhr-Universität Bochum gestartet. Zur Schaffung einer durchgängigen Lösung nach dem Motto „vom CAD-Modell zum individuellen Blechbauteil“ besteht das Projektkonsortium aus Partnern unterschiedlicher Fachdisziplinen. Die Firma Dieffenbacher System-Automation GmbH zählt zu den Systemanbietern, die dem Kunden eine individuelle Roboforming-Anlage anbieten kann. Sie verfügt zudem über ein fundiertes Know-how im Bereich der Blechbearbeitung. Für eine breite Anwendbarkeit des Roboforming-Verfahrens werden Anwender aus den Bereichen Automotive (BMW Fahrzeugtechnik GmbH Eisenach), Funktionsbauteile (HMT Heldener Metall Technik GmbH & Co. KG) und Design (Seidel GmbH & Co) einbezogen. Zur Gewährleistung eines stabilen Umformprozesses mit hoher Reproduzierbarkeit implementiert die Firma Steinbichler Optotechnik GmbH eine Sensorik zur Erfassung und Auswertung der während des Umformprozesses entstehenden Blechgeometrien. Die Entwicklung einer Schnittstelle zur Generierung von Roboterprogrammen für das Roboforming auf der Basis von CAD-Daten ist Aufgabe der Firma carat robotic innovation GmbH. Die Roboter der Firma KUKA Roboter GmbH verfügen über alle Kernfunktionalitäten für eine roboterbasierte Blechumformung und müssen für das Roboforming optimal konfiguriert werden. Von wissenschaftlicher Seite wird der Lehrstuhl für Produktionssysteme der Ruhr-Universität Bochum (LPS) seine Kompetenz aus den laufenden Forschungsarbeiten des Roboforming-Verfahrens und die lehrstuhleigene Versuchsanlage einbringen. Der Lehrstuhl für Industrielle Robotik und Produktionsautomatisierung der Universität Dortmund (irpa) liefert die Grundlagen zur informationstechnischen Generierung der Roboterprogramme auf der Basis von CAD-Daten. Neben den beiden Forschungseinrichtungen übernimmt der Industrieverband Blechumformung e.V. (IBU) mit Hilfe seines Kompetenznetzwerkes neben dem Wissenstransfer zum Nutzen von Verbundprojektpartner und Verbandsmitgliedern auch die Verbreitung der Ergebnisse.
Problemstellung
Am Markt existiert die zunehmende Forderung nach höherer Geschwindigkeit und Flexibilität bei der Entwicklung neuer Produkte mit einem immer stärkeren Trend zur Individualisierung. Dies erfordert nicht nur eine kontinuierliche Innovation der Produkte, sondern auch ihrer Produktionssysteme, um diese wettbewerbsfähig herstellen zu können. Gerade bei der Blechumformung ist die Fertigung von Prototypen oder von Bauteilen in kleinen Stückzahlen mit steigender Variantenvielfalt in klassischen Umformverfahren mit hohen Kosten verbunden. Die Herstellung komplexer Blechbauteile durch konventionelle Verfahren wie dem Tiefziehen, Streckziehen oder einer Kombination dieser Verfahren erfordert allerdings den Einsatz sehr steifer, aufwendig gestalteter, werkstückformgebundener Werkzeuge, die aufgrund der hohen Umformkräfte sehr robuste Maschinen benötigen. Änderungen am Produkt bringen aufgrund der geringen Flexibilität dieser konventionellen Umformeinrichtungen ebenfalls einen hohen Zeit- und Kostenaufwand mit sich. Daher existieren in der Industrie Bestrebungen hin zu flexiblen Produktionssystemen für eine kundenindividuelle Produktion. Zur Zeit existiert jedoch keine Lösung, die gänzlich auf bauteilspezifische Zusatzelemente verzichtet, um mit Standard-Werkzeugen auf frei programmierbaren Werkzeugbahnen beliebige Blechgeometrien zu erzeugen und so der Forderung „vom CAD-Modell zum individuellen Blechbauteil“ gerecht wird.
Projektziele
Der Schwerpunkt des Verbundprojektes liegt in der Entwicklung und Umsetzung eines Anlagenkonzeptes zur kundenindividuellen Herstellung von Blechbauteilen im Roboforming-Verfahren. Dabei sollen die wesentlichen Vorteile des Roboforming-Verfahrens dazu genutzt werden, dem deutschen Maschinen- und Anlagenbau im produzierenden Bereich zur Herstellung von komplexen Blechbauteilen in kleinen Stückzahlen einen Technologievorsprung zu verschaffen. Die Vorteile, die das Roboforming-Konzept im Vergleich zu konventionellen und anderen inkrementellen Umformverfahren für den Anwender bietet, sollen im Rahmen dieses Projektes industriell verfügbar gemacht werden. Der modulare Aufbau und die Skalierbarkeit des Verfahrens ermöglichen eine individuelle Anpassung an das jeweilige Unternehmen. Je nach geforderter Bauteilgröße, einzusetzenden Werkstoffen und gewünschtem Automatisierungsgrad der Umformeinrichtung können die benötigten Komponenten skaliert und damit auch die Kosten signifikant beeinflusst werden. Dies soll das Umformverfahren gerade für kleine und mittlere Unternehmen interessant machen. Neben der Verwendung flexibel einsetzbarer, werkstückformunabhängiger Werkzeuge bietet der vollständige Verzicht auf werkstückgebundene Schablonen, Patrizen oder Matrizen maximale Flexibilität, um ohne Umrüsten der Anlage verschiedenste Bauteile nacheinander zu fertigen.
Vorgehensweise
Während der Projektlaufzeit werden die Projektpartner das Roboforming dahingehend erweitern, komplexe Blechbauteile auf der Grundlage vorgegebener CAD-Daten herstellen zu können. Das Verfahren soll dabei in erster Linie hinsichtlich der Erfüllung geometrischer Anforderungen (Maßhaltigkeit und Toleranzen), gefolgt von mechanischen Eigenschaften (Umformgrad und Festigkeit) und schließlich bezüglich Oberflächeneigenschaften weiterentwickelt werden. Um einen hohen Praxisbezug zu gewährleisten, soll die Integrationsfähigkeit einer Roboforming-Anlage in eine bestehende Prozesskette anhand einer industriellen Pilotanwendung demonstriert werden. Die Übertragbarkeit wird durch den Aufbau einer Versuchsanlage an einer wissenschaftlichen Einrichtung und der Pilotanwendung bei einem Anwender dargestellt.
Das Projekt gliedert sich in drei Querschnittsaufgabe, in denen das Roboforming zunächst auf die Herstellung von Freiformflächen erweitert wird, um anschließend die Bauteilgenauigkeit unter Zuhilfenahme eines 3D-Messsystems und einer Technologiedatenbank zu steigern. Das Endziel ist der Aufbau einer industriellen Pilotanwendung.
- QA1: Erweiterung des Roboformings zur Herstellung von Freiformflächen
- QA2: Steigerung der Bauteilgenauigkeit und Reproduzierbarkeit
- QA3: Realisierung und Erprobung einer industriellen Pilotanlage
Gesamtszenario
Ergebnisse
In einem Projektkonsortium mit universitären und industriellen Partnern wurde das Roboforming erfolgreich auf zwei Versuchs- und einer Demonstrationsanlage umgesetzt. Mit Hilfe des im Projekt entwickelten Roboforming-Programmiersystems konnten die Bahnen für verschiedene industrielle Bauteile generiert und die gesamte Prozesskette vom CAD-Modell zum fertigen Bauteil umgesetzt werden. Die detailierte Planung eines Anlagenkonzepts, zeigt eine mögliche industriegeeignete Umsetzung des Gesamtszenarios.
Das Projekt hat im wissenschaftlichen und industriellen Umfeld durch Auszeichnungen Beachtung gefunden. Auf wissenschaftlicher Seite erhielt das Paper mit dem Titel „Tool Path Generation for Free Form Surfaces in Robot-Based Incremental Sheet Metal Forming“ auf der International Conference on Sheet Metal 2009 (SheMet ´09) den Best-Paper-Award in der Kategorie „Greatest Industrial Relevance“. Auf industrieller Seite gewann die auf der Euroblech (Internationale Technologiemesse für Blechbearbeitung) am Stand von Dieffenbacher ausgestellte Roboforming-Demonstrationsanlage den Euroblech-Award 2008 in der Kategorie Umformtechnik.