MoldFinish - "Intelligentes Poliersystem zur Automatisierung der Endbearbeitung im Werkzeug- und Formenbau"

Der Werkzeug- und Formenbau stellt einen der wichtigsten Wirtschaftszweige in Deutschland dar. Allein im Jahr 2007 wurden Präzisionswerkzeuge für die Werkzeug- und Formenbauindustrie mit einem Produktionswert von ca. 4 Mrd. Euro hergestellt. Die Herstellung von Werkzeugen für das Spritzgießen und des Umformens macht dabei etwa 45% des Gesamtumsatzes aus. Die überwiegend kleinen und mittelständischen Werkzeug- und Formenbauer sehen sich einem Markt gegenüber, der zum einen eine zunehmende Konkurrenz verzeichnet und zum anderen kürzere Lieferzeiten bei steigender Form- und Oberflächenqualität abverlangt. Die Folge ist ein steigender Aufwand insbesondere der Endbearbeitung der Werkzeuge mit der Konsequenz, dass viele Firmen an die Grenzen ihrer wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit stoßen. Eine Lösung zur Sicherung des Wettbewerbsvorteils für europäische Werkzeug- und Formenbauer ist die Verbesserung des Herstellungsprozesses. In einem herkömmlichen Fertigungsprozess verläuft die Herstellung von Werkzeugen bis zur Feinbearbeitung durch NC-gesteuerte Maschinen in einer vollautomatisierten Prozesskette. Die Endbearbeitung jedoch erfolgt heutzutage manuell. Die Kosten der manuellen Bearbeitung in Hochlohnländern, wie Deutschland, stehen in hohem Kontrast zu den Lohnkosten anderer Länder. Bei Bauteilen mit einem Großteil an polierten Flächen besteht die Fertigungszeit mit 37%-50% Anteil aus der Endbearbeitung. Bei europäischen Lohnverhältnissen entspricht dies ca. 15% der Herstellungskosten der Werkzeuge und Formen. Vor diesem Hintergrund hat das Vorhaben MoldFinish (InnoNet IN-5570) die Entwicklung und Qualifizierung eines integrierten Fertigungssystems für die automatisierte Polierbearbeitung komplex geformter Werkzeuge aus Stahl für den Werkzeug- und Formenbau als Ziel. Durch die Realisierung dieser Zielstellungen kann die Wettbewerbssituation des Werkzeug- und Formenbaus am Hochlohnstandort Deutschland und Europäische Union deutlich verbessert werden. Die Grundlage des Automatisierungsansatzes des Vorhabens MoldFinish bildet eine prozesssichere und mathematisch beschreibbare Abtragsfunktion eines fokal arbeitenden Polierwerkzeugs, die die Zerspanungsbedingungen der manuellen Endbearbeitung nachbilden soll. Vor diesem Hintergrund wurde eine Roboterpolierzelle aufgebaut, um die wichtigsten Einflussgrößen der Endbearbeitung reproduzierbar regel- und steuerbar zu machen, wie z.B. Schnittgeschwindigkeit, Prozesskraft, Bahnstrategie usw. Das Konzept der Roboterpolierzelle besteht im wesentlichen aus folgenden 4 Elementen: Knick-Arm-Roboter mit sechs Achsen von ABB-Robotics (IRB 4400/45), der in der Lage ist, die menschlichen kinematischen Eigenschaften nachzubilden. Eine Polierspindel und mit Polierwerkzeugen, die die menschliche Sensibilität auf relevante Prozesseingangs- und Störgrößen, wie z.B. Kraft, erfassen und sich auf einen konstanten Prozessdruck in der Kontaktzone einstellen können. Prozesskenntnisse des robotergestützten Polierens, welche die langjährige Kenntnis eines erfahrenen Poliers umfasst. Ein CAD/CAM-Modul, das das Fachwissen des Prozesses in eine optimierte und effiziente Entscheidung für die Bahnstrategie des Roboters, die Reinigung der polierten Oberfläche und die Änderung des Werkzeugs als Befehl für den Roboter umsetzt.