KUKA Roboter unterstützen Sematek bei der Glättung von Formwerkzeugen

Oberflächenbearbeitung mit KR QUANTEC und KUKA.CNC

Mithilfe der Software KUKA.CNC geht die SEMATEK GmbH neue Wege in der Oberflächenbearbeitung.

Seit 2007 entwickelt die SEMATEK GmbH in Seeg im Allgäu innovative Komplettlösungen im Maschinenbau für moderne Produktionsbetriebe, die Fertigungsprozesse für neue Produkte benötigen sowie bestehende Prozesse weiterentwickeln und optimieren wollen. Dabei stehen für die Allgäuer seit jeher eine Senkung der Kosten und die Erhöhung der Produktionsleistung im Fokus.

Automation der Oberflächenglättung

Die Glättung bzw. das Finishing gefräster Formwerkzeuge, wie beispielsweise Tiefziehwerkzeuge für Karosserieteile, Einlegeformen für Bauteile aus Verbundwerkstoffen oder Spritzgussformen für Kunststoffbauteile, wird heute noch vielfach manuell durchgeführt. Auch bei anderen hoch automatisierten Unternehmen werden für das Polieren größerer Freiformoberflächen teilweise bis zu 20 Manntage angesetzt. Nun stand es bei der Entwicklung einer neuen Technologie zur Oberflächenbearbeitung im Vordergrund, den Prozess so flexibel, präzise, zuverlässig und wirtschaftlich wie möglich zu gestalten.

Das Ziel dabei war, metallische Oberflächen durch ein automatisierbares Verfahren in hochwertige Funktionsflächen zu verwandeln. Möglich wird dies durch die Applikation "Machine Hammer Peening", einen Klopfprozess, bei dem die Oberfläche des Werkstücks geglättet wird. Um mit diesem Prozess komplexe Werkstückoberflächen automatisiert zu bearbeiten, setzt SEMATEK auf einen KUKA Roboter und die Software KUKA.CNC.

KUKA KR QUANTEC geführt durch KUKA.CNC

Am Flansch des KUKA Roboters aus der KR QUANTEC Serie befindet sich dazu ein pneumatisch betriebenes Werkzeug mit linear oszillierendem Hammerkopf (FORGEfix von 3S-Engineering GmbH) zur mechanischen Bearbeitung der Oberfläche. Nach der Vermessung des Werkstücks durch den Roboter wird der Hammerkopf von dem Roboter mithilfe der KUKA Software KUKA.CNC auf der sogenannten Klopfbahn über die Oberfläche geführt. Dabei werden die Frässpitzen nach unten in die Täler der Fräsriefen gedrückt. Der Kugeldurchmesser, die Vorschubgeschwindigkeit, der Bahnabstand, der Zustellwinkel sowie der Anstellwinkel zwischen Hub und Oberfläche sind dabei prozessabhängig auszuwählen bzw. einzustellen.

Zur Vermessung des Bearbeitungskopfes setzt die Firma SEMATEK ein 5D-Messsystem von der LEONI GmbH ein. Neben der Vermessung des Tool Center Points (TCP) wird mit diesem Verfahren vor allem sichergestellt, dass die Werkzeugorientierung möglichst exakt eingemessen wird. Die Werkzeugorientierung ist vor allem für die Verarbeitung von 5-Achs-CNC-Programmen ein wichtiger Faktor, um eine größtmögliche Prozessgenauigkeit zu erreichen.

Programmierung des Roboters komplett in G-Code

Der KUKA KR 240 R2900 überzeugt durch seine Reichweite und Flexibilität. Bei Bauteilen, die eine 5-achsige Bearbeitungsstrategie erfordern, stellt der Einsatz des Roboters einen eindeutigen Kostenvorteil dar. Um das Einrichten und Programmieren des Roboters zu erleichtern, hat KUKA auf seiner Steuerung einen kompletten CNC-Kern implementiert und die Software KUKA.CNC entwickelt.

Mit dieser Software ist es möglich, die Bewegung des Roboters komplett in DIN 66025 beziehungsweise G-Code zu programmieren. Programme können somit über die CAD/CAM-Kette erstellt werden und sind ohne weitere Umwandlung in ein spezielles Roboterprogramm (Übersetzung in Robotersprache) auf der KUKA Steuerung einsetzbar.

Oberflächenbehandlung mit oszillierendem Hammerkopf: KUKA Roboter im Einsatz bei Sematek
Der KUKA Roboter bearbeitet die Oberflächen mit einem linear oszillierenden Hammerkopf als Werkzeug.
Das hat noch den zusätzlichen Vorteil, dass Funktionen aus der CNC-Welt, wie z. B. Werkzeugradiuskorrekturen und Schwesterwerkzeuge, problemlos genutzt werden können. SEMATEK ergänzt die Prozesskette durch ein Simulationsmodul, welches zusätzlich die Erreichbarkeit und Kollisionsfreiheit des Gesamtsystems sicherstellt. Somit lässt sich der Roboter als vollwertige CNC-Maschine einsetzen und profitiert von der nochmals erhöhten Bahnperformance und somit der gleichmäßigen Bearbeitung über das gesamte Bauteil hinweg.

Maximale Qualität in minimaler Zeit

Das Klopfen glättet die gefrästen Oberflächen nicht nur, es verfestigt die Oberfläche auch und optimiert die Eigenspannungsverteilungen. Die Oberfläche wird homogen und reproduzierbar. Der Klopfprozess ermöglicht eine Rauhtiefe von Ra kleiner 0,1 µm, die nur durch Fräsen allein gar nicht möglich wäre. Durch die Kaltverfestigung kann abhängig vom zu bearbeitenden Material eine bis zu 30-prozentige Steigerung der Oberflächenhärte erreicht werden. Auf zusätzliche Nachbehandlungen der Oberfläche kann mitunter ganz verzichtet werden. Vor allem aber spart der automatisierte Klopfprozess die manuellen Schleif- und Poliertätigkeiten.

Die Zeit für das Finishing – und somit der Gesamtprozess der Herstellung – verkürzt sich maßgeblich, nicht zuletzt auch wegen der geringeren Anforderungen an die Schlichtprozesse. Mithilfe des KUKA Roboters können auch komplexe Freiformoberflächen bearbeitet werden. Dabei ist eine Bearbeitung oftmals am kompletten Bauteil möglich, somit entfällt ein kosten- und zeitaufwendiges Umspannen. Durch die äußerst präzise Bahnplanung kann der Roboter zudem mit hohen Geschwindigkeiten und wenig Überlappung fahren. Das sorgt für maximale Ergebnisse in minimaler Zeit.

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