Modellbasierte Einstellung des dynamischen Verhaltens gekoppelter Roboter zur Optimierung von Fräsprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577794312

Mit dem gesellschaftlichen und technologischen Wandel verändern sich die Anforderungen an die Produktionstechnologie. Kürzere Produktlebenszyklen und steigende Produktvielfalt sowie Individualisierungsoptionen führen zu immer kleineren Losgrößen. Daraus resultiert der Bedarf an größerer Flexibilität und Wandlungsfähigkeit in den Produktionsanlagen und -prozessen bei gleichbleibender Produktivität und Wirtschaftlichkeit. Mit dem neuartigen Produktionssystem Wertstromkinematik werden die Grenzen der Flexibilität und Agilität weiter verschoben. Die grundlegende Idee der Wertstromkinematik ist der Aufbau eines ganzen Wertstroms in einer Produktion aus einheitlichen, universellen Sechs-Achs-Roboterkinematiken, welche mit spezialisierten Endeffektoren versehen sind und kollaborativ agieren. Diese Kinematiken werden durch standardisierte 6-Achs-Knickarmroboter realisiert. Die Kollaboration findet unter anderem durch Koppelung der Roboter statt. Trotz langjähriger Forschung zum Einsatz von Robotern in der Zerspanung hat sich der Einsatz hierfür aufgrund der geringen Steifigkeit nicht etabliert. Geringe Präzision und niedrige Eigenfrequenzen, welche durch die Anregung im Fräsprozess zu Rattern führen können sind weitere Herausforderungen. Im vorliegenden Projekt soll untersucht werden, inwieweit die im gekoppelten und daher überbestimmten System auftretende Verspannung dazu genutzt werden kann, die maschinendynamischen Eigenschaften des gekoppelten Robotersystems zur Verbesserung der Bearbeitungsqualität zu manipulieren. Es soll geprüft werden, welche Verbesserungen die Koppelung von seriellen Roboterarmen in eine parallele Kinematik bezüglich der Maschinenfähigkeit für Bahngenauigkeit und Oberflächenqualität im Fräsprozess erreicht werden können. Die Verspannung des Systems soll angepasst werden, um die durch den Prozess angeregten Eigenschwingungen zu unterdrücken. Sie erfolgt durch das Verspannen des überbestimmten Systems durch relatives Verfahren der Flansche der Roboterarme zueinander. Die absolute Bahngenauigkeit, ist von entscheidender Bedeutung, um Prozesse durchzuführen, die Industrierobotern aufgrund zu hoher Anforderungen an die erwähnte Genauigkeit normalerweise nicht zugänglich sind. Zur Charakterisierung des verspannten Systems wird ein Steifigkeitsmodell entwickelt. Darüber hinaus werden Modalanalysen durchgeführt, um die Eigenmoden des Systems zu identifizieren. Der Vorteil dieser Modellierung wird mittels Integration der modelloptimalen Antwort in die Regelkette anhand von Fräsversuchen bewertet. Als Zielbild soll ein Modell des Systems entstehen, welches mittels Verspannung seine Dynamik so ändert, dass Rattern minimiert wird. Um die Verspannung korrekt einstellen zu können werden Modelle erstellt, welche Roboterkonfigurationen im Gelenkraum bestimmen, deren Umsetzung in einer optimalen Systemdynamik resultiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen