Elektrotechnik Bernhard Peter
Automatisierung im Detail...


5D-Bearbeitung „Black-Widow"

In eigener Regie entsteht eine 5D – Bearbeitungsmaschine, wobei eine 6D – Erweiterung möglich ist. Anfang 2021 soll die Marktreife erreicht werden, sodass Applikationen integriert werden können. 

 


Die Basis liefert unsere Serienmaschine und durch die weitere(n) Ausstattung(en) wird diese zur Sondermaschine. 

Der volle Funktionsumfang entsteht über die nächsten Jahre je nach Anforderungen und Anfragen.


 

Aus den jahrelang gesammelten positiven sowie negativen Erfahrungen in der Robotik entspringt diese Maschine. 
Ein Alleinstellungsmerkmal ist, dass die Handhabung der Robotik, Steuerung, NC und Bedienoberfläche auf einer Plattform verschmolzen sind. Des Weiteren sind bekannte Funktionen aus Bearbeitungsmaschinen, wie z.B. Temperaturkompensation, in die Robotik integriert, welche ganz neue Möglichkeiten hinsichtlich der Genauigkeit der Maschine eröffnen. 

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Die Maschine besteht aus zwei Achsgruppen, Scara und Tisch. Somit ist eine Fehlerfortpflanzung minimiert und das System wird leichter berechenbar. 

Der Scara ist für die Bewegungen in Y/Z/A-Richtung verantwortlich und der Tisch deckt die Bewegungen in X/C-Richtung ab.

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Je nach Bedarf sind verschiedenste Bearbeitungsmethoden möglich. Die Ausstattungspakete sind entsprechend  den jeweiligen Kundenforderungen erweiterbar. Die Umsetzung erfolgt durch Integration von Technologieeinschüben in die Basismaschine. Die Hardware- und Softwareausstattungen können ebenfalls nach Kundenwunsch entsprechend skaliert werden.
Die Maschine bietet einen garantierten Arbeitsraum von X:400mm/Y:300mm/Z:300mm (entspricht einem Volumen von 36l). Im 3,5D – Modus ist ein Durchmesser von maximal 560mm möglich. Die zu realisierende Höhe steigt dann auf  maximal 500mm an.  Dies erhöht das maximale Bauraumvolumen auf 123 Liter.

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Ein wichtiger Aspekt und auch Anspruch an uns selbst ist, dass sich unsere Maschine „selbst“ produziert, und zwar überall dort, wo dies möglich ist.
Allein schon aus diesem Grund liegt es in unserem Interesse, dass eine hervorragende Qualität  in Verbindung mit einem großen Funktionsumfang gewährleistet wird.
Zum Beispiel wurden die schwarzen Abdeckungen der Roboterarme in der Darstellung eigens durch die Maschine hergestellt.


Kinematik


Die einzigartige Kinematik macht die Modi 3D bis 6D möglich:- 3D: Einfache Bearbeitung  in X,Y, Z.

  • 3,5D: Erweitert den Arbeitsbereich der Maschine. Hierbei wird der Scara entlastet und die mögliche Bearbeitungsreichweite in X&Y-Richtung erweitert.
  • 4D: Entspricht einer erweiterten 3D-Bearbeitung. Hierbei wird das Koordinatensystem um die X- bzw. Z- Achse gedreht. Somit sind mehrseitige Bearbeitungen möglich.
  • 5D: Ermöglicht nahtlose 5-seitige Bearbeitungen.
  • 6D: Erzielt eine nochmals höhere Erreichbarkeit im Arbeitsbereich und/oder unterstützt die Schlagkräftigkeit des Bearbeitungsprozess.


 

Die 3,5D – Kinematik bezeichnet ein von uns entwickeltes Verfahren. Die Idee hierzu ist vor langer Zeit entstanden und die Lösung wurde Mitte 2020 erfolgreich umgesetzt.



Der 3,5D Modus ist als eine Erweiterung der 3D Funktionalität zu verstehen. Durch unser Scara/Tisch-Prinzip entstehen sogenannte x-Deutigkeiten (= den ein und denselben Punkt über verschiedene Stellungen der Kinematik erreichen). Diese Mehrdeutigkeiten sind zum einen ein Fluch für die Software und zum anderen ein Segen für die neu erschaffenen Möglichkeiten. 

Zum Verständnis folgt hier ein kleines Beispiel. Wird der Tisch nicht in X-Richtung verfahren, kann nur mit der Rotation C, jeder Punkt innerhalb eines begrenzten Zylinders erreicht werden (siehe Bild rechts). Dieser hat den Durchmesser der maximalen Wegstrecke y und Höhe der maximalen Wegstrecke z des Scaras. 
Kombiniert man jedoch die X- & C – Bewegung entstehen hieraus mehrere Vorteile:
  • Erweiterung des Bauraums
  • Vermeidung von Störkonturen
  • Sanftere (=ruckfreiere) und kürzere Bewegungsbahnen

 


Bearbeitungen / Werkzeuge

Durch die Technologieeinschübe, der Wechselplatte am Tisch und dem manuellen Werkzeugwechselsystem am Greifer sind eine Vielzahl an Bearbeitungen möglich. Diese erweitern sich von Gerät zu Gerät.  



 

3/5D Druck

 

 

Gravieren

 



 

Fräsen

 

 

Bohren

 



 

 Messen

 

 

 Lasern

 



 

Backen

 

 

Kleben

 



Die einzelnen Bearbeitungen können auch miteinander kombiniert werden. Ein   Beispiel wäre, wenn an einem 3D-Druckteil Fräsungen nötig sind.


Werkzeugrevolver

Die Werkzeugaufnahmen am Greifer können als Revolver ausgelegt werden. Durch ein Zustellen des Arbeitswinkels können auch mehrere Werkzeuge bzw. Verfahren miteinander kombiniert werden.

Bei den Werkzeugen und Verfahren wird soweit wie möglich auf das Knowhow von Partnern zugegriffen. Somit kann ein optimales Resultat entstehen und Eigenentwicklungen vermieden werden. 



Software



In der gezeigten Darstellstellung ist das Schema der softwaretechnischen Möglichkeiten sowie Schnittstellen abgebildet.





Dabei haben die einzelnen Module folgende Bedeutungen:


CAD/Editor/CAM/Slicer:

Diese bezeichnen auswählbare Optionspakete, die in unserer Maschine Integriert werden können. Die Daten (Step, STL, CSV, usw.) können auch von externen Quellen stammen und via TCP/USB übertragen werden. Ebenso ist  eine Installation eigner Programme möglich.

Editor:

Er steht für ein kundenspezifisches Tool, das von uns individuell für den Kunden erstellt wird. Hierbei können Bearbeitungsprogramme mittels einer Tabelle generiert werden. Mehr…

Variablen/Kinematik/Werkzeug:

Hierin sind alle relevanten Daten der Maschine enthalten. Ein Zugriff über externe Schnittstellen ist möglich, sodass  die CAM/Slicer–Software mit Parametern versorgt und sich ausrichten kann. 

Converter:

Für die Verarbeitung der verschiedenen Dialekte des G-Codes durch das CAM-/Slicer-Modul ist der Converter zuständig. Er kann als eine Art Dolmetscher für die Übersetzung des Codes in unserer System verstanden werden.

Prüfung:

Können CAM/Slicer keine Tests hinsichtlich der Kinematik und Geometrie durchführen, wird dies über die Prüfung bewerkstelligt. Dabei wird die Programmabarbeitung im Schnelldurchlauf ausgeführt, der Prozess simuliert und folglich seine fehlerfreie Durchführbarkeit geprüft.


Update – Entwicklungsstand 09.2020



Hier wurden die erste Bewegungen realisiert und die Mechanik sowie Elektrik durch wiederkehrende Kurvenbahnen getestet. Das Augenmerk der Analyse lag zudem auch auf dem thermischen Verhalten, Geräuschemissionen sowie Haltbarkeit und Verschleiß.



Fazit: Alles verhält sich nahezu wie geplant. Kleinere Abweichungen die auftraten sind mit einfachen Mitteln behebbar, ohne dass ein zeitlicher Verzug entsteht.

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Technische Daten



Garantierter Arbeitsraum:
X: 400mm
Y: 300mm
Z: 300mm

Maximaler Arbeitsraum:
D: 560mm
Z: 500mm



Exaktheit/
Präzision:
E: <= 0.1mm

Außen Abmessungen
Ohne Bildschirm:
L: 1100mm
B: 890mm
H: >=1400mm



Elektrischer Anschluss:
Spannung: 230V
Strom: 16A