Das Gleitschleifen bietet großes Potenzial für die Endbearbeitung komplexer Bauteile. Das macht es insbesondere für die Medizintechnik, die Luftfahrt und den Automobilbau interessant. Dank systematischer Erforschung am IWF der TU Berlin konnte die Effizienz dieses Bearbeitungsprozesses deutlich gesteigert werden. Mehr noch: Mit dem „Robotergeführten Tauchgleitschleifen“ stellen die Wissenschaftler eine Weiterentwicklung vor, die mehr Effizienz bei der Fertigung präziser Kantengeometrien an anspruchsvollen Komponenten verspricht.
Gleitschleifen ist ein spanendes Verfahren mit losen Schleifkörpern. Typischerweise wird es zum Kantenrunden, Entgraten und zur Erzeugung hoher Oberflächenqualitäten angewendet. Beim Vibrationsgleitschleifen werden Werkstücke und Schleifkörper in einem Behälter, dem sogenannten Rundvibrator, durch einen Vibrationsantrieb in Bewegung versetzt. Im Behälter führen die Schleifkörper durch die Anregung eine überlagerte Roll- und Kreiselbewegung aus. Aufgrund von Dichte und Gewichtsunterschieden entsteht eine Relativbewegung zwischen Werkstücken und Schleifkörpern. Dadurch kommt es zur Spanabnahme.
Die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstücken und Schleifkörpern kann durch das Tauchgleitschleifen gesteigert werden. Hierbei werden die Werkstücke auf definierten Bahnen durch die angeregte oder stehende Schüttung aus Schleifkörpern geführt. Bei konventionellen Tauchgleitschleifanlagen ist häufig nur eine eingeschränkte Variation der Bahnen möglich, auf denen die Werkstücke geführt werden. In der Regel gibt es maximal vier Freiheitsgrade. Das Tauchgleitschleifen wird insbesondere zur Bearbeitung von hochwertigen und komplexen Bauteilen eingesetzt.
Die derzeit am Markt verfügbaren Anlagen sind allerdings kinematisch auf Tauch- und Zykloidbewegungen beschränkt. Dadurch werden immer alle Bauteilkanten und -flächen gleichmäßig bearbeitet. Eine gezielte Bearbeitung sensibler, eng tolerierter Bereiche, z. B. an Schaufeln und Rotorscheiben aus der Luftfahrtindustrie, ist nur bedingt möglich. Beim Gleitschleifen gelingt das nur mit einer gezielten und frei programmierbaren Führung des Werkstücks in der Schüttung aus Schleifkörpern. Das am IWF entwickelte robotergeführte Tauchgleitschleifen hingegen bietet dafür die nötige kinematische Flexibilität.
Robotergeführtes Tauchgleitschleifen
Für ihre Untersuchungen zum robotergeführten Tauchgleitschleifen nutzen die Wissenschaftler eine flexible Roboterzelle mit einem 6-Achs-Roboter NJ 370 der Firma Comau Robotics mit einer Tragkraft von 370 kg. Darin sind zwei Rundvibratoren R 220 DL der Firma Rösler Oberflächentechnik mit je 1000 mm Durchmesser integriert. Der Aufbau erlaubt eine maximale Freiheit beim Programmieren der Bahnen und beim Einstellen der Bauteilausrichtung. Im Bereich der Grundlagenforschung untersuchen die Wissenschaftler am IWF vor allem die Abtrennmechanismen beim Gleitschleifen. Basierend auf analytischen Betrachtungen und modellhaften Versuchen werden grundlegende Erkenntnisse über die Spanabnahme beim Gleitschleifen gesammelt und allgemeingültige Spanbildungsmodelle abgeleitet.
Mit Blick auf das robotergeführte Tauchgleitschleifen ist speziell der Zusammenhang zwischen der Anströmrichtung der Schleifkörper auf das Bauteil und den dadurch zu erzielenden Bearbeitungsergebnissen von Interesse. Darüber hinaus werden Prozessstrategien für standardisierte Bearbeitungsfälle erarbeitet und mit den grundlegenden Erkenntnissen verknüpft. Auf diese Weise kann die Prozessauslegung für neue Bauteile bei Kenntnis von Material, Geometrie und zu erreichender Kanten- und Oberflächenqualität beschleunigt werden. In der anwendungsorientierten Forschung am Fraunhofer IPK werden Gleitschleif und Tauchgleitschleifprozesse geometrisch komplexer Bauteile ganzheitlich erfasst und optimiert. Das beinhaltet die wissenschaftliche Analyse des Ist-Zustands, die Auslegung und Qualifizierung von Schleifmedien, Bearbeitungstechnologie und Prozesskette sowie die Unterstützung bei der industriellen Umsetzung.
Dass der Einsatz von Gleitschleifverfahren, insbesondere des robotergeführten Tauchgleitschleifens, großes Potenzial zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit birgt, haben die Forscher in mehreren Projekten zur Endbearbeitung von hochwertigen und geometrisch komplexen Bauteilen bewiesen. So konnten z. B. bei einem Kunden aus der Luftfahrtindustrie mit Hilfe des robotergeführten Tauchgleitschleifens die Prozesszeiten um 60 Prozent verkürzt werden.
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