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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten zumindest eines Werkstücks nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Werkzeuganordnung zum Durchführen eines Bearbeitungsvorgangs an wenigstens einem Werkstück.
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Ein solches Verfahren ist aus der
DE 10 2004 057 814 A1 bekannt. Dort ist ein Verfahren zum Clinchen metallischer Werkstücke beschrieben, bei welchem das Werkstück mittels eines Roboters kontinuierlich bewegt wird, wobei ein Werkzeug während der Durchführung eines Bearbeitungsvorgangs, hier also eines Clinchvorgangs, an einem Bearbeitungsort des wenigstens einen Werkstücks synchron mit dem wenigstens einen Werkstück bewegt wird. Nach dem Bearbeitungsvorgang wird das Werkzeug relativ zu dem wenigstens einen Werkstück an einen weiteren Bearbeitungsort bewegt.
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Durch diese schnelle Neupositionierung des Werkzeugs relativ zum Werkstück können so genannte Nebenzeiten, also Zeiten, in denen keine eigentliche Bearbeitung des Werkstückes stattfindet, reduziert werden, um so besonders schnelle Fügeoperationen zu ermöglichen. Insbesondere wird das Werkzeug nach Durchführung eines Clinchvorgangs mittels eines beweglichen Schlittens parallel zur Bewegungsbahn des Werkstücks verfahren.
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Aufgrund der schnellen Bewegung des Werkzeugs während dieser Neupositionierung kann es zu Schwingungsanregungen im Werkzeug kommen. Diese Schwingungsanregungen limitieren die Bearbeitungsgeschwindigkeit, da während des Bearbeitungsvorgangs keine Schwingungen erlaubt sind. Diese würden die Bearbeitungsqualität reduzieren. Es ist daher notwendig, die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs zu begrenzen, sowie das Werkzeug und die Führungseinrichtung, in welcher das Werkzeug geführt wird, besonders stabil zu lagern. Insbesondere muss die Führungseinrichtung ortsfest angebracht werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Werkzeuganordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche die Schwingungsanregungen bei Bewegungen des Werkzeugs reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Werkzeuganordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
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Bei einem derartigen Verfahren zum Bearbeiten zumindest eines Werkstücks mit einem Werkzeug wird das wenigstens eine Werkstück mittels eines Roboters kontinuierlich bewegt. Während der Durchführung eines Bearbeitungsvorgangs an einem Bearbeitungsort des wenigstens einen Werkstücks wird das Werkzeug synchron mit dem wenigstens einen Werkstück bewegt. Nach dem Bearbeitungsvorgang erfolgt eine Relativbewegung des Werkzeugs zu dem wenigstens einen Werkstück an einen weiteren Bearbeitungsort. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Bewegungen des Werkzeugs durch gegenläufige Bewegungen einer Ausgleichsmasse kompensiert werden.
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Hierdurch werden Schwingungsanregungen reduziert bzw. ganz vermieden. Insbesondere Anregungen erster und zweiter Ordnung können so erfolgreich gedämpft werden. Dies erlaubt es, auf eine besonders feste Lagerung der Führungsanordnung für das Werkzeug zu verzichten und das Werkzeug gegebenenfalls durch einen Roboter bewegen zu lassen. Gleichzeitig wird durch die Dämpfung der Schwingungsanregung sichergestellt, dass während der Bearbeitungsphase zuverlässig keine schwingungsbedingten Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück stattfinden, so dass eine besonders hohe Bearbeitungsqualität erreicht werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Werkzeug mittels eines ersten Schlittens linear in einer Führungseinrichtung bewegt. Dies ermöglicht die gewünschten schnellen Repositionierungsbewegungen des Werkzeugs. Die Ausgleichsmasse wird dabei vorzugsweise mittels eines zweiten Schlittens linear in einer weiteren Führungseinrichtung bewegt. Diese Bewegung erfolgt vorzugsweise genau gegenläufig zur Werkzeugbewegung, um so die notwendige Kompensation zu erreichen. Die beiden Führungseinrichtungen können dabei von einem Roboter aufgenommen werden. Hierdurch ist eine Positionierung des Werkzeugs zusammen mit seiner linearen Führung in beliebigen Freiheitsgraden möglich, so dass besonders hohe Gestaltungsspielräume bei der Verfahrensdurchführung bestehen und auch komplex geformte Bauteile sehr effizient bearbeitet werden können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach Beendigung aller Bearbeitungsvorgänge an dem wenigstens einen Werkstück das Werkzeug mittels des Schlittens in eine vorgegebene Ausgangsposition bewegt. Dies ermöglicht einen besonders schnellen Übergang zur Bearbeitung eines nachfolgenden Werkstückes, so dass auch hier die Nebenzeiten besonders effizient reduziert werden können.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeuganordnung zum Durchführen eines Bearbeitungsvorgangs an wenigstens einem Werkstück, welche ein Werkzeug umfasst, dass linear in einer ersten Führungseinrichtung bewegbar ist. Erfindungsgemäß ist hier vorgesehen, dass eine Ausgleichsmasse in einer zweiten Führungseinrichtung gegenläufig zu dem Werkzeug bewegbar ist. Wie bereits anhand des Verfahrens geschildert, kann durch diese gegenläufige Bewegung der Aufbau von Schwingungsanregungen insbesondere erster und zweiter Ordnung zuverlässig gedämpft werden, so dass besonders schnelle Bewegungen des Werkzeugs möglich sind und die gesamte Werkzeuganordnung nicht mehr ortsfest stabil gelagert werden muss, sondern beispielsweise von einem Roboter aufgenommen werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen des Werkzeugs und/oder der Ausgleichsmasse vorgesehen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen elektrischen Motor, der gleichzeitig die beiden Komponenten bewegen kann, um die Anordnung möglichst einfach und damit kostengünstig zu halten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsvorrichtung gleichzeitig als Ausgleichsmasse ausgebildet. Hierdurch kann die Werkzeuganordnung besonders leicht gestaltet werden.
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Vorzugsweise ist eine Kupplungseinrichtung zum Koppeln der Werkzeuganordnung mit einem Roboter vorgesehen. Die Werkzeuganordnung kann dann robotisch geführt werden, so dass auch komplex gebaute Werkstücke mit besonders geringen Nebenzeiten bearbeitet werden können, da sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück in allen Raumfreiheitsgraden beweglich ist. Dies ermöglicht es, zwischen zwei aufeinander folgenden Bearbeitungsorten die kürzest möglichen Bewegungspfade für Werkstück und Werkzeug zu realisieren.
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Vorzugsweise ist das Werkzeug als Schweißzange, Clinchzange, Nietzange oder dergleichen ausgebildet, die Werkzeuganordnung und das Verfahren eignen sich jedoch für beliebige Fügeoperationen.
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Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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2 die Werkzeugsanordnung gemäß 1 mit den Bewegungspfaden für das Werkzeug sowie für eine Ausgleichsmasse.
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Die Figuren zeigen eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Werkzeuganordnung zum Punktschweißen im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Werkzeuganordnung 10 umfasst eine Punktschweißzange 12, die einen oberen Zangenarm 14 sowie einen unteren Zangenarm 16 aufweist. Jeder Zangenarm 14, 16 umfasst eine Schweißelektrode 18. Die zu schweißenden Bauteile werden im Zwischenraum 20 zwischen den Schweißelektroden 18 aufgenommen und die Elektroden 18 anschließend durch Bewegung der Zangenarme 14, 16 gegeneinander an das Werkstück angepresst und zum Auslösen des Schweißvorgangs bestromt.
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Während dieses Schweißvorgangs wird das zu bearbeitende Werkstück mittels eines in den Figuren nicht dargestellten Roboters an der Werkzeuganordnung 10 vorbeibewegt. Die Zangenarme 14, 16 werden dabei in Führungsschienen 22, 24 synchron mit dem Werkstück bewegt, so dass sich keine Relativbewegung zwischen den Teilen ergibt. Hierzu dient ein elektrischer Antriebsmotor 26.
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Nach Beendigung eines Schweißvorgangs werden die Zangenarme 14, 16 in den Führungsschienen 22, 24 durch den Antriebsmotor 26 schnell wieder in ihre Ausgangsposition bewegt, während das Werkstück durch den Roboter so geführt wird, dass die Schweißzange 12 am nächsten Schweißpunkt zu liegen kommt.
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Durch die schnelle Bewegung der Schweißzange 12 werden Nebenzeiten, also Zeiten in denen keine eigentliche Bearbeitung des Werkstückes stattfindet, minimiert. Die schnelle Bewegung der Schweißzange 12 kann jedoch auch zum Aufbau von Schwingungsanregungen in der Schweißzange 12 führen. Dies wäre nachteilig, da dies die Qualität des späteren Schweißvorgangs vermindern kann, wenn noch Relativbewegungen aufgrund dieser Schwingungen zwischen Werkstück und Schweißzange 12 vorliegen.
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Um die Schwingungsanregung zu kompensieren, ist auch die Antriebseinheit 26 in einer Führungsschiene 28 linear beweglich gelagert. Die Antriebseinheit 26 dient als Ausgleichsgewicht für die Bewegung der Zangenarme 14, 16. Werden die Zangenarme 14, 16, wie in 2 gezeigt, in Richtung der Pfeile 30 bewegt, so bewegt sich die Antriebseinheit 26 gleichzeitig entgegengerichtet in Richtung des Pfeiles 32, so dass Schwingungsanregungen erster und zweiter Ordnung gedämpft werden können. Hierdurch wird eine wesentlich verbesserte Schweißqualität erzielt, da es keine schwingungsbedingten Relativbewegungen zwischen Schweißzange 12 und Werkstück mehr gibt. Gleichzeitig ist es so möglich, auf eine besonders feste Lagerung der Werkzeuganordnung 12 zu verzichten. Ohne eine derartige Ausgleichsmasse muss die Werkzeuganordnung 12 stabil und ortsfest angebracht werden, um den Schwingungsaufbau weitest möglich zu reduzieren.
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Durch die Verwendung der Ausgleichsmasse kann die gesamte Werkzeuganordnung 12 nun jedoch auch von einem Roboter aufgenommen werden. Bei der Bewegung der Werkzeuganordnung 12 zu einem neuen Schweißpunkt kann daher nicht nur eine Bewegung der Zangenhälften 14, 16 stattfinden, diese kann vielmehr mit einer Gesamtbewegung der Werkzeuganordnung 12 überlagert werden. Die Werkzeuganordnung 12 wird so in allen Raumrichtungen und Freiheitsgraden beweglich, so dass beim Transport der Werkzeuganordnung 12 zwischen zwei konsekutiv zu bearbeitenden Schweißpunkten der optimale Raumpfad abgefahren werden kann. Dies reduziert die Nebenzeiten bei dem Schweißvorgang weiter, so dass unter Verwendung der Werkzeuganordnung 10 eine besonders kostengünstige Schweißprozedur geschaffen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004057814 A1 [0002]
