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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerspanenden Bearbeiten wenigstens eines Strukturelements für einen Kraftwagen, bei welchem ein an einem Roboterarm aufgenommenes Zerspanwerkzeug an das Strukturelement herangeführt und ein zu zerspanender Bereich des Strukturelements bearbeitet wird.
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Derartige Verfahren zum zerspanenden Bearbeiten sind bereits aus der automatisierten Herstellung von Kraftfahrzeugstrukturteilen bekannt. Zur ressourcenschonenden Fertigung werden hierbei automatisierte Systeme, wie beispielsweise Schweißroboter verwendet, um verschiedene Einzelteile eines Kraftwagens miteinander zu fügen.
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Derartige Roboter kommen jedoch auch beispielsweise in der Medizintechnik zum Einsatz. So ist beispielsweise der
DE 10 2005 054 575 B3 ein Verfahren zur Regelung eines Roboterarms beim Einsatz in der Medizintechnik als bekannt zu entnehmen. Der dortige Roboterarm umfasst zumindest ein Gelenk, wobei ein zumindest in diesem Gelenk wirkendes Drehmoment mittels eines Drehmomentsensors erfasst wird. Auf dem erfassten Drehmoment werden Aktuatoren des Roboterarms, wie beispielsweise Getriebe oder Stellelemente derart angesteuert, dass ein in diesem Gelenk wirkendes Drehmoment zumindest im Wesentlichen auf „0 Nm” geregelt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welchem bei einer automatisierten Fertigung eine besonders hohe Prozesssicherheit und Bearbeitungsqualität erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Prozesssicherheit und Bearbeitungsqualität erreicht wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest folgende Schritte durchgeführt werden:
- – Fixieren einer Zerspanschablone an dem Strukturelement,
- – Einführen des Zerspanwerkzeugs in ein Führungselement der Zerspanschablone,
- – Ausrichtung des Zerspanwerkzeugs durch das Führungselement und Heranführen des Zerspanwerkzeugs an den zu zerspanenden Bereich des Strukturelements, bevor der zu zerspanende Bereich des Strukturelements bearbeitet wird.
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Dies hat den Vorteil, dass durch das Fixieren der besagten Zerspanschablone an dem Strukturelement ein etwaiges Abrutschen des Zerspanwerkzeugs bei der zerspanenden Bearbeitung vermieden werden kann. Mit anderen Worten kann ein Abrutschen des Zerspanwerkzeugs an in einem Winkel zu einer Schneide des Zerspanwerkzeugs angestellten Bearbeitungsflächen wirksam unterbunden werden. Mittels der besagten Zerspanschablone entfällt also beispielsweise eine Notwendigkeit den zu zerspanenden Bereich beispielsweise derart vorzubearbeiten, dass eine Kontaktstelle mit dem Zerspanwerkzeug beispielsweise parallel zu der besagten Schneide des Zerspanwerkzeugs ausgerichtet wird. Mit anderen Worten kann auch bei einer im Vergleich zu der Schneide des Zerspanwerkzeugs unterschiedlich orientierten Fläche (Oberfläche des zu zerspanenden Bereichs) eine Vorbearbeitung dieses Bereichs entfallen, ohne dass dadurch Einbußen in der Bearbeitungsqualität, wie sie beispielsweise durch ein Abrutschen oder Abgleiten des Zerspanwerkzeugs entstehen könnten, auftreten. Des Weiteren kann eine benötigte Zeit, bis ein stabiler Prozess bei der Bearbeitung des Strukturelements mittels des Roboterarms beziehungsweise mittels des an dem Roboterarm geführten Zerspanwerkzeugs erreicht wird, deutlich reduziert werden. Ein Prozessfenster für den Roboter beziehungsweise den Roboterarm kann vergrößert werden, da der Roboterarm mit dem Zerspanwerkzeug lediglich das besagte Führungselement oder mehrere Führungselemente der Zerspanschablone vor der zerspanenden Bearbeitung des zu zerspanenden Bereichs zu treffen hat. Eine genaue Ausrichtung des Zerspanwerkzeugs und damit des das Zerspanwerkzeug führenden Roboterarms kann mittels der Zerspanschablone, welche beispielsweise als Bohrschablone ausgebildet sein kann, erfolgen, wobei die Zerspanschablone beispielsweise auch als Ersatzteil für eine manuelle, zerspanende Bearbeitung, wie sie beispielsweise erforderlich sein kann, wenn der Roboter oder der Roboterarm einer Wartung unterzogen wird, genutzt werden kann. Das Bereitstellen der Zerspanschablone stellt also keine allein roboterspezifische Maßnahme dar. Daher können Investitionen für roboterspezifische Komponenten vermieden und trotzdem eine monotone Tätigkeit, wie es das zerspanende Bearbeiten des Strukturelements darstellt, automatisiert ausgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein konstanter Druck auf den zu zerspanenden Bereich durch den Roboterarm unter Vermittlung des Zerspanwerkzeugs während der zerspanenden Bearbeitung ausgeübt. Der Roboterarm kann beispielsweise durch eine Recheneinrichtung mit einer Admittanzregelung geregelt und gesteuert werden, so dass das zerspanende Bearbeiten aufgrund der entsprechenden internen Sensorik und Regelungstechnik des Roboterarms unter dem besagten konstanten Druck zwischen dem zu zerspanenden Bereich und dem Roboterarm durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird die zerspanende Bearbeitung mit konstanter Andruckkraft, welche durch den Roboterarm unter Vermittlung des Zerspanwerkzeugs auf den zu zerspanenden Bereich des Strukturelements ausgeübt wird, durchgeführt. Dadurch kann eine besonders gleichmäßig zerspanende Bearbeitung des Strukturelements erreicht werden.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Zerspanschablone durch den Roboterarm an dem Strukturelement fixiert. Die Zerspanschablone kann zwar auch durch Bedienpersonal vor der zerspanenden Bearbeitung des Strukturelements mittels des Roboterarms beziehungsweise mittels des durch den Roboterarm geführten Zerspanwerkzeugs erfolgen, jedoch besteht auch in vorteilhafter Weise die Möglichkeit einer Vollautomatisierung, wodurch ein manuelles Eingreifen oder ein manuelles Durchführen von Bearbeitungsschritten durch das Bedienpersonal überflüssig wird. Bei dieser Vollautomatisierung kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Roboterarm die Zerspanschablone selbständig an dem Strukturelement anbringt und dort fixiert. Es ist klar, dass der Roboterarm auch mehrere Zerspanschablonen an dem Strukturelement fixieren kann, wobei die an dem Strukturelement fixierten Zerspanschablonen beispielsweise gegenüberliegend zueinander angeordnet sein können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als das Zerspanwerkzeug ein Bohrwerkzeug herangezogen. Die Verwendung eines Bohrwerkzeugs zum Zerspanen des zu zerspanenden Bereichs des Strukturelements erlaubt eine besonders einfache Ausführung der Zerspanschablone, zumal mit einem Bohrwerkzeug lediglich eine Zerspanung axial zu einer Werkzeugachse des Zerspanwerkzeugs (hier Bohrwerkzeug) durchgeführt wird. Demzufolge kann das Führungselement oder eine Mehrzahl an Führungselementen als Hülsen ausgebildet werden, mittels welchen das Bohrwerkzeug beim Heranführen des Roboterarms und damit des Zerspanwerkzeugs an den zu zerspanenden Bereich geführt und damit ein etwaiges Abrutschen des Zerspanwerkzeugs an dem zu zerspanenden Bereich vermieden werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine Perspektivansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Roboterarms, welcher an einem freien Ende des Roboterarms einen Werkzeugaufnahmebereich aufweist, an welchem ein Zerspanwerkzeug in Form eines Bohrwerkzeugs aufgenommen ist, mittels welchem ein zu zerspanender Bereich eines Strukturelements eines Kraftwagens bearbeitet wird und dabei das Zerspanwerkzeug mittels einer Zerspanschablone bei der zerspanenden Bearbeitung geführt wird; und
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2 eine Perspektivansicht auf das an dem Werkzeugaufnahmebereich des Roboterarms gehaltene Zerspanwerkzeug, welches in ein Führungselement der Zerspanschablone eingeführt wird.
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1 zeigt einen Roboterarm 12, mittels welchem ein Strukturelement 10 für einen hier nicht weiter dargestellten Kraftwagen bearbeitet werden kann. Zum zerspanenden Bearbeiten des Strukturelements 10 ist an einem Werkzeugaufnahmebereich 14 des Roboterarms 12 ein Zerspanwerkzeug 16 aufgenommen, wobei das Zerspanwerkzeug 16 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Bohrwerkzeug ausgebildet ist. Zum zerspanenden Bearbeiten des Strukturelements führt der Roboterarm 12 das Zerspanwerkzeug 16 an das Strukturelement 10 heran und bearbeitet mit dem Zerspanwerkzeug 16 einen zu zerspanenden Bereich 18 des Strukturelements 10. Vor der zerspanenden Bearbeitung wurden mittels des Roboterarms 12 vorliegend zwei Zerspanschablonen 20 gegenüberliegend zueinander an dem Strukturelement 10 fixiert. Die beiden Zerspanschablonen 20 umfassen jeweils eine Mehrzahl an Führungselementen 22, welche vorliegend als Hülsen der jeweiligen Zerspanschablonen 20 ausgebildet sind. Die Führungselemente 22 vereinfachen ein Einführen des Zerspanwerkzeugs 16 und damit ein geführtes Heranführen des Zerspanwerkzeugs 16 an den zu zerspanenden Bereich 18. Mit anderen Worten dienen die jeweiligen Führungselemente 22 dem geführten Heranführen des Zerspanwerkzeugs 16 an die jeweiligen, den einzelnen Führungselementen 22 zugeordneten, zu zerspanenden Bereiche 18. Mittels der Führungselemente 22 kann das Zerspanwerkzeug 16 ausgerichtet und gezielt an die jeweiligen zu zerspanenden Bereiche 18 des Strukturelements 10 herangeführt werden, bevor das Zerspanwerkzeug 16 mit den jeweiligen zu zerspanenden Bereichen 18 kontaktiert wird und damit die jeweiligen zu zerspanenden Bereiche 18 des Strukturelements 10 bearbeitet werden.
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Der Roboterarm 12 ist vorliegend als Leichtbauroboter mit Admittanzregelung ausgebildet und kann aufgrund seiner internen Sensorik und Regelungstechnik die zerspanende Bearbeitung mit konstanter Andruckkraft des Zerspanwerkzeugs 16 (hier Bohrwerkzeug) ausführen. Mit anderen Worten übt der Roboterarm 12 unter Vermittlung des Zerspanwerkzeugs 16 während der zerspanenden Bearbeitung einen konstanten Druck auf den jeweiligen zu zerspanenden Bereich 18 aus. In dieser Regelung wird eine Position des Roboterarms 12 und damit des Zerspanwerkzeugs 16 zusätzlich zu etwaigen Messwerten von hier nicht dargestellten Drehmomentsensoren des Roboterarms 12 durch etwaige, auftretende Prozesskräfte beeinflusst. Gerade beim Anbohren mittels des Bohrwerkzeugs ist es entscheidend, dass die Position des Roboterarms 12 und damit des Zerspanwerkzeugs 16 wunschgemäß gehalten wird, um eine genaue Bohrung zu erreichen. Ohne die Zerspanschablonen 20 und deren Führungselemente 22 müssten jeweilige Oberflächen der zu zerspanenden Bereiche 18 mittels des Zerspanwerkzeugs 16 (Bohrwerkzeug) exakt senkrecht angefahren werden, was bei üblicherweise beliebig geformten Oberflächen des Strukturelements 10 nur mit hohem Aufwand erreichbar wäre und eine saubere, zerspanende Bearbeitung erheblich erschweren würde. Mittels der Zerspanschablonen 20 und deren Führungselementen 22 können jedoch auch Bohrungen mit einem von einem 90°-Winkel verschiedenen Bearbeitungswinkel zwischen einer Längsachse des Zerspanungswerkzeugs 16 und der Oberfläche des jeweiligen zu zerspanenden Bereichs 18 prozesssicher durchgeführt werden. Um das Verfahren zum zerspanenden Bearbeiten des Strukturelements 10 durch den Roboterarm 12 durchzuführen, übernimmt eine hier lediglich schematisch angedeutete Recheneinrichtung 30 eine Regelung und Steuerung des Roboterarms 12.
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Der Einsatz der besagten Zerspanschablonen 20 ermöglicht ein Führen einfacher Werkzeuge, wie beispielsweise des besagten Bohrwerkzeugs als das Zerspanwerkzeug 16, entlang der jeweiligen Führungselemente 22 (hier: Hülsen) ohne aufwendige Ausgleichsmechanismen zum Verhindern eines etwaigen Abrutschens einer Werkzeugspitze des Zerspanwerkzeugs 16 an den jeweiligen zu zerspanenden Bereichen 18. Der Roboterarm 12 kann zum Einlernen beispielsweise durch Bedienpersonal zu den zu zerspanenden Bereichen 18, welche beispielsweise als Bohrpunkte ausgebildet sind, derart geführt werden, dass das Zerspanwerkzeug 16, welches an dem Werkzeugaufnahmebereich 14 an dem Roboterarm 12 gehalten ist, in dem Führungselement 22 der Zerspanschablone 20 manuell eingeführt und mit dem jeweiligen Zerspanungsbereich 18 (zu zerspanender Bereich) in Kontakt kommt. Sodann kann der angefahrene Punkt (Zerspanungsbereich 18) durch die Recheneinrichtung 30 des Roboterarms 12 gespeichert werden und ein möglicher Fehler bei der Ausrichtung einer Bohrachse kann durch eine entsprechend große Länge der jeweiligen Führungselemente 22 der Zerspanschablone 20 (hier: Bohrschablone) deutlich reduziert werden. Das besagte Verfahren lässt sich durch weitere Schablonen beliebig auf weitere Bauteile anwenden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005054575 B3 [0003]
