DE102018113596A1

DE102018113596A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bohr- und Frässtabilisierung für einen Roboter

Info

Publication number: DE102018113596A1
Application number: DE102018113596.3A
Authority: DE
Inventors: Klaus Daut
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bohr- und Frässtabilisierung für einen Roboter, das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Aufspannen eines Werkzeuges auf einer Adapterplatte, welche mit einem Linearwagen gekoppelt ist, wobei der Linearwagen durch eine Linearschiene einen translatorischen Freiheitsgrad aufweist; Anpassen der Linearschiene an eine von dem Roboter durchzuführende Bearbeitungsaufgabe; Linearführen des Linearwagens mittels der angepassten Linearschiene während der Bearbeitung des Werkzeuges durch den Roboter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bohr- und Frässtabilisierung für einen Roboter.
In den letzten Jahren werden im Automotive Bereich wie auch im Aerospace Bereich immer mehr Strukturbauteile aus Carbon bzw. Carbonsandwichverbindungen gefertigt. Carbonbauteile umfassen Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, auch carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder verkürzt auch Kohlefaser, Carbon oder Karbon, d.h. ein Verbundwerkstoff, bei dem Kohlenstofffasern in eine KunststoffMatrix eingebettet sind.
Diese Strukturbauteile sind häufig größer oder sperriger als die vorherigen Stahl- oder Aluminiumbauteile. Zudem kommt noch der Umstand, dass Carbonbauteile häufig nachgearbeitet werden, weil sie nicht in den gewünschten Abmaßen herstellbar sind. Oftmals werden jedoch Qualitäten von beispielsweise kleiner ± 0,2 mm gefordert. Diese müssen dann in großen und teuren Bearbeitungszentren gefertigt und in aufwendiger Weise spanend nachgearbeitet werden.
Seit einiger Zeit ist bekannt, dass mit einem SCARA-Roboter, SCARA ist hierbei die Abkürzung für engl. „Selective Compliance Assembly Robot Arm“, oder mit einem 6-Achsingen Industrieroboter ebenfalls zerspant werden kann.
Hierzu wird meist eine Fräsmaschinenspindel durch einen Industrieroboter um das Werkstück geführt. Der Roboter muss dabei die Spindel und das Werkzeug tragen. Dieser Umstand macht es Notwendig, dass für derartige Anwendungen größere und schwerere Roboter zum Einsatz kommen, beispielsweise eine Frässpindel ca. 120 kg, Werkzeug ca. 5 kg. Wenn Carbon bzw. Carbonbauteile zerspant, wird müssen die Späne und Stäube abgesaugt werden. Hierzu führt der Roboter eine Absauganlage hinter dem Fräsprozess her.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bohr- und Frässtabilisierung für einen Roboter zu schaffen, welcher die oben angeführten Anforderungen erfüllen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bohr- und Frässtabilisierung für einen Roboter werden die folgenden Schritte durchgeführt:

Als ein erster Schritt erfolgt ein Aufspannen eines Werkzeuges auf einer Adapterplatte, welche mit einem Linearwagen gekoppelt ist, wobei der Linearwagen durch eine Linearschiene einen translatorischen Freiheitsgrad aufweist.

Als ein zweiter Schritt erfolgt ein Anpassen der Linearschiene an eine von dem Roboter durchzuführende Bearbeitungsaufgabe.
Als ein dritter Schritt erfolgt ein Linearführen des Linearwagens mittels der angepassten Linearschiene während der Bearbeitung des Werkzeuges durch den Roboter.
Mit anderen Worten ausgedrückt, es erfolgt eine Nutzung von Linearführungen in Verbindung mit einer Adapterplatte. Die Linearführung wird hierbei in die Bearbeitungsrichtung aufgebaut. Dabei können neben den Linearführungen auch Laufrollenführungen oder Tragschienenführungen Verwendung finden. Hierbei ist es nur wichtig wie die Bearbeitungsaufgabe umzusetzen ist. Die Linearführung sorgt dabei für eine Unterstützung hinsichtlich der Genauigkeit und lässt eine Abdrängung des Werkzuges nur noch in Fräsrichtung zu. Dies unterstützt den Fräsprozess und der Roboter kann deutlich kleiner dimensioniert werden. Was wiederum den günstigeren Anschaffungskosten zugutekommt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhaft, eine Bereicherung des Produktangebotes zu bewirken. Einen Baukasten anzubieten, der den Anwender in die Lage versetzt, die geringe strukturelle Steifigkeit des Industrieroboters auszugleichen. Das Lagerprogramm kann genutzt werden, um weitere Komponenten um diesen Aufbau herum zu bauen. Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, ohne größere Anschaffungskosten auf ein anderes Werkstück umzurüsten. Die Komponenten werden einfach an anderer Stelle neu aufgebaut. Ein horizontaler Fräsprozess kann somit beispielsweise schnell und ohne Umrüstung zu einem vertikalen Bohrprozess werden.
Bei der Nutzung von Linearführungen in Verbindung mit einer Adapterplatte wird beispielsweise wie folgt vorgegangen. Die Linearführung wird hierbei in die Bearbeitungsrichtung aufgebaut. Dabei können neben den Linearführungen auch Laufrollenführungen oder Tragschienenführungen Verwendung finden. Hierbei ist es nur wichtig wie die Bearbeitungsaufgabe umzusetzen ist.
Am Anfang steht die Aufspannung des Werkstücks. Hier können einfache Pratzenklemmungen zum Einsatz kommen. Für einen stabilen Sitz der Werkzeuge und des Werkstücks sorgen hochgenau gefräste Plattensitze und optional Schraub- oder Pratzenklemmungen. Die Laufschiene wird dann der Bearbeitungsaufgabe angepasst. Auf dem Linearwagen, auch als Laufwagen bezeichnet, wird die Adapterplatte aufgeschraubt. Die Adapterplatte hat dabei in der Grundfläche beispielsweise 6 Befestigungsbohrungen passend zum Führungswagensystem bauseits vorgefertigt. Am Umfang der Adapterplatte befinden sich auf jeder Seite weitere mindestens 2 Gewinde. Diese Gewinde sind zur Aufnahme von Endlagendämpfer, Rückholfedern, Druckfedern oder einfach zur Befestigung der Absaugeinrichtung gedacht.
In das Auge der Adapterplatte kann ein Lager eingepresst werden. Die genormte Werkzeugaufnahme passt mit ca. 0,01 mm Spiel in das Lager. Somit kann der Werkzeugschaft das Lager und somit die Linearführung nutzen um die Nachgiebigkeit des Roboters positiv zu beeinflussen. Hierbei soll es keine Rolle spielen ob das Lager über eine konische Bohrung oder einen vergrößerten Einführradius verfügt. Es kann aber auch je nach Anwendungsfall auch eine „Permaglide Buchse“ eingepresst werden.
Eine weitere Möglichkeit ist das Anbringen eines „Locking Pin“ - auch als Sicherungsstift bezeichnet - an der Spindel oder am Kopf des Roboters. Hier dringt der Locking Pin bzw. Sicherungsstift in das Auge der Adapterplatte ein. Nach erfolgter Rastierung kann mit der Bearbeitung begonnen werden. Der Roboterarm ist somit in Bearbeitungsrichtung frei und den anderen Achsen gesperrt. Je nach Steifigkeit können hier auch zwei oder mehrere Sicherungsstifte zum Einsatz kommen.
Vorzugsweise umfasst das Linearführen des Linearwagens mittels der angepassten Linearschiene während der Bearbeitung des Werkzeuges durch den Roboter ein Führen einer Fräs- und/oder Bohrrichtung des Roboters.
Vorzugsweise wird stimmt der translatorische Freiheitsgrad des Linearwagens im Wesentlichen, weniger als 15° Raumwinkelabweichung, bevorzugt weniger als 10° Raumwinkelabweichung, mit einer Bearbeitungsrichtung des Roboters überein.
Gemäß der einzigen Figur weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bohr- und Frässtabilisierung für einen Roboter eine Adapterplatte, eine Linearschiene und einen Linearwagen auf. Die Linearschiene sorgt den nötigen translatorischen Freiheitsgrad.
Die Adapterplatte ist dabei dazu ausgebildet, ein Werkzeug aufzunehmen und mit einem Linearwagen gekoppelt zu werden, wobei der Linearwagen durch eine Linearschiene einen translatorischen Freiheitsgrad aufweist.
Die Linearschiene ist dazu ausgebildet, an eine von dem Roboter durchzuführende Bearbeitungsaufgabe angepasst zu werden, wobei der Linearwagen dazu ausgebildet ist, mittels der angepassten Linearschiene während der Bearbeitung des Werkzeuges durch den Roboter linear geführt zu werden.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Verfahren zur Bohr- und Frässtabilisierung für einen Roboter, das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Aufspannen eines Werkzeuges auf einer Adapterplatte, welche mit einem Linearwagen gekoppelt ist, wobei der Linearwagen durch eine Linearschiene einen translatorischen Freiheitsgrad aufweist; b) Anpassen der Linearschiene an eine von dem Roboter durchzuführende Bearbeitungsaufgabe; c) Linearführen des Linearwagens mittels der angepassten Linearschiene während der Bearbeitung des Werkzeuges durch den Roboter.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linearführen des Linearwagens mittels der angepassten Linearschiene während der Bearbeitung des Werkzeuges durch den Roboter ein Führen einer Fräs- und/oder Bohrrichtung des Roboters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der translatorische Freiheitsgrad des Linearwagens im Wesentlichen, weniger als 15° Raumwinkelabweichung, bevorzugt weniger als 10° Raumwinkelabweichung, mit einer Bearbeitungsrichtung des Roboters übereinstimmt.
Vorrichtung zur Bohr- und Frässtabilisierung für einen Roboter, umfassend: a) Eine Adapterplatte, welche dazu ausgebildet ist, ein Werkzeug aufzunehmen und mit einem Linearwagen gekoppelt zu werden, wobei der Linearwagen durch eine Linearschiene einen translatorischen Freiheitsgrad aufweist; b) wobei die Linearschiene dazu ausgebildet ist, an eine von dem Roboter durchzuführende Bearbeitungsaufgabe angepasst zu werden; c) wobei der Linearwagen dazu ausgebildet ist, mittels der angepassten Linearschiene während der Bearbeitung des Werkzeuges durch den Roboter linear geführt zu werden.