Untersuchung eines parallelkinematischen Konzepts für die stationäre Hochleistungsbearbeitung an Holzbearbeitungszentren
Final Report Abstract
Im geförderten Forschungszeitraum wurde am IWF ein Versuchsträger des in den vorangegangenen Projekten entwickelten parallelkinematischen Holzbearbeitungszentrums gefertigt und aufgebaut. Hierfür wurde ein bereits am IWF vorhandenes Maschinenbett modifiziert, die Ankopplungseinheiten und Fahrständer in der Institutswerkstatt gefertigt und gemeinsam mit den industriellen Komponenten zu einem funktionsfähigen Bearbeitungszentrum verbaut. Die Werkstücke wurden spanend bearbeitet, ein Aufnehmen und Ablegen der Platten durch die integrierte Handhabung konnte ebenfalls erfolgreich implementiert werden. Bedingt durch die auskragende Bauweise und die hohen bewegten Massen zeigten durchgeführte Messungen eine vergleichsweise geringe statische Steifigkeit sowie eine hohe dynamische Nachgiebigkeit des Bearbeitungszentrums. Daher wurde in den zusätzlich durchzuführenden experimentellen Untersuchungen die maximale Vorschubgeschwindigkeit der Antriebe auf 1 m/s begrenzt. Zusätzlich wurde die Arbeitsraumvergrößerung erfolgreich umgesetzt. Dies erfolgte durch den Konfigurationswechsel der kinematischen Kette, das so genannte „Durchschlagen", bei dem zwei Singularitäten durchfahren werden mussten. Während die Singularität vom Typ 1 antriebsseitig wieder verlassen werden konnte, wurde die kritischere Singularität vom Typ 2 mit Hilfe der Massenträgheit der bewegten Struktur erfolgreich durchfahren. Die benötigte Steuerung der Werkzeugmaschine wurde in Matlab/Simulink erstellt und in ein vorhandenes dSpace-System implementiert. Die entwickelte Steuerung umfasst Modi zur Referenzfahrt, zum Handbetrieb der Maschine sowie zum vollautomatischen Betrieb. Zeitgleich wurde ein Schaltschrank entworfen und aufgebaut, der automatisch gemäß Fertigungsprogramm betrieben werden kann. Darüber hinaus wurden experimentelle Untersuchungen am Versuchsträger durchgeführt, um die erweiterte Funktionalität des Maschinenkonzepts zu überprüfen. Insgesamt konnte ein kompletter Prozessablauf, bestehend aus Werkstückaufnahme, Positionierung auf dem Arbeitstisch, spanender Bearbeitung sowie der Aufnahme der bearbeiteten Werkstücke und Ablage erfolgreich umgesetzt werden. Die Funktionsintegration im Hinblick auf Handhabung, integrierter Späneabsaugung und Bearbeitung sowie die In-Prozess-Messung von Kenngrößen wie z.B. Kantenschartigkeiten mit Hilfe einer CCD-Kamera, wurden ebenfalls erfolgreich realisiert. Das parallelkinematische Konzept wurde im Rahmen dieses Forschungsvorhabens für ein Holzbearbeitungszentrum entwickelt. Darüber hinaus ist es möglich, dass das Konzept auf anderen Werkzeugmaschinen aus dem Bereich der Metallbearbeitung umgesetzt werden kann. Weiterhin ist die Kombination mehrerer identischer kinematischer Strukturen in einem Maschinensystem denkbar, die jeweils unterschiedliche Handhabungs- bzw. Bearbeitungsaufgaben erfüllen. Damit kann das Bearbeitungszentrum in Form einer Transferstraße beispielsweise im Rahmen einer kompletten Durchlaufbearbeitung eingesetzt werden. Der Vorteil solcher Maschinen liegt darin, dass eine weitere Reduktion der Nebenzeiten anhand der gewonnenen Erkenntnisse durch parallel ausgeführte Handhabungs- und Bearbeitungsvorgänge erreicht werden kann.
Publications
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Investigations of a wood machining center with parallel kinematic and integrated workpiece handling, Journees du GDR Robotique, Paris, Frankreich, 2010
Hoffmeister, H.-W., Gerdes, A.
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Realization of Parallel Kinematic Wood-Machining Centre with Integrated Workpiece Handling, 21st International Conference on Production Research, Stuttgart, Deutschland, 2011
Hoffmeister, H.-W., Gerdes, A., Loeis, K.
