Projekte

HEXABEND

Freiformbiegen auf einer parallelkinematischen Biegemaschiene (HEXABEND)

Programm: KMU-innovativ: Produktionsforschung
Bekanntmachung: KMU-innovativ (bis 2015)
Wettbewerb: 05. Runde, Stichtag 15.10.2009

Kurzbeschreibung:
1. Zusammenfassung
Das Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung und Erprobung eines gesteuerten Bewegungskonzeptes für das Biegen von Rohren, bei dem die gewünschte geometrische Form des zu biegenden Rohres über ein nutzerfreundliches Interface definiert wird. Damit soll dem Prozessplaner ein Werkzeug in die Hand gegeben werden, mit dessen Hilfe er den gesamten Ablauf des Biegeprozesses von der grafischen Programmierung über die Ergebnisvorschau und -bewertung bis hin zur Erstellung eines NC-Programms auf einfache Weise direkt an der Maschine bewältigen kann. Die Erprobung des Konzeptes erfolgt an der CNC-gesteuerten parallelkinematischen Biegemaschine HexaBend des Fraunhofer IWU (Versuchsträger). Damit werden die Einsatzmöglichkeiten dieser innovativen Biegemaschine praxisbezogen erweitert.

Projektdauer: 01.06.2010 − 31.05.2012

Projektkoordinator:
Michael Hoffmann
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)
Telefon: +49 371 5397-1108
E-Mail: michael.hoffmann@iwu.fraunhofer.de

Ansprechpartner bei PTKA:
Jürgen Schelisch
Telefon: +49 351 463-31427
E-Mail: juergen.schelisch@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

2. Problemstellung
In vielen Fertigungsbereichen, insbesondere in der Automobilbranche, werden Biegekonstruktionen aus Rohren und Profilen immer häufiger eingesetzt. Dabei zeigt sich ein steigender Bedarf an
(a) freigeformten Rohren und Profilen mit komplex verlaufenden Biegeformen, deren Geometrie durch eine dreidimensionale Kurve mit in jedem Punkt veränderbarer Krümmung und Richtung beschreibbar ist
(b) Möglichkeiten vielfältiger, individueller Gestaltung von Biegeverläufen, besonders für Kleinserien und Einzelanfertigungen
(c) effektiven Verfahren zur Planung des Biegevorgangs und Programmierung der Biegemaschinen
Die beim Antragsteller zur Verfügung stehende parallelkinematische Biegemaschine HexaBend besteht aus einem festen, horizontal gelagerten Werkzeug (Pusher), welches das Rohr fixiert und seinen Vorschub realisiert, und der parallelkinematischen Plattform (Matrize), die auf sechs hydraulisch betriebenen Streben ruht und die durch gezielte Veränderung deren Längen in 6 Freiheitsgraden frei bewegt werden kann.
Da die Biegeform ausschließlich durch den Bewegungsablauf der frei beweglichen Plattform der Maschine (Matrize, ¿Auge¿) und eines Pushers bestimmt wird, liegen die Hauptprobleme, wie beim Freiformbiegen generell, weniger in der Mechanik der Maschine, als in deren Steuerung, die diesen Bewegungsablauf ausgehend von einer gewünschten Rohrgeometrie zu realisieren hat.
Das steuerungsseitige Problem besteht darin, dass hierbei neben technologischen auch komplexe geometrische Zusammenhänge in Abhängigkeit von der verwendeten Biegestrategie zu beherrschen sind, die ohne geeignete Instrumente einen hohen Planungs- und Programmieraufwand erfordern.

3. Projektziele
Das wissenschaftliche Ziel des Vorhabens besteht darin, eine Transformationsstrategie zwischen Rohrgeometrie und Bewegungsablauf auf der Basis ihrer mathematisch-geometrischen Zusammenhänge zu entwickeln, so dass dieser Bewegungsablauf direkt durch die Steuerung der Biegemaschine realisiert und getestet werden kann. Diese Vorgehensweise von der geometrischen Form bis zum gebogenen Werkstück wird als ganzheitliche multidisziplinäre Aufgabenstellung verfolgt.

4. Vorgehensweise
Ausgehend von einer geeigneten Beschreibung der Soll-Geometrie eines zu biegenden Rohres/Profils soll der Bewegungsablauf der Biegewerkzeuge der Biegemaschine bestimmt werden, der diese Geometrie hervorbringt.
Die Transformationsstrategie soll eine Reihe von ausgewählten, unterschiedlichen Verfahr(Biege)-Strategien berücksichtigen, die wiederum aus unterschiedlichen technologischen Grenzwerten resultieren. Dazu zählen die erreichbaren Verhältnisse zwischen Biegeradius, Rohraußendurchmesser, Wanddicke, sowie Einflüsse von Dorn, Schmiermittel etc.
Die Geometrie des zu biegenden Rohrs soll auf einfache Weise grafisch programmierbar sein. Das Transformationsergebnis entsteht in Form eines ausführbaren NC-Programms in der Steuerung.
Die zu entwickelnde Transformationsstrategie wird unmittelbar in der CNC-Steuerung der Maschine HexaBend realisiert und ermöglicht somit ein effektives Planen des Biegevorgangs vor Ort.
Die theoretischen Ergebnisse werden am Prototyp HexaBend unmittelbar getestet und erprobt. Dazu kommen zur Demonstration geeignete Testwerkstücke/Biegeformen zur Anwendung.

5. Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Ein wichtiges Teilergebnis ist eine an die Besonderheiten der parallelkinematischen Biegemaschine angepasste Beschreibungsform von Rohrgeometrien in der Steuerung der Maschine. Diese wird unterstützt durch ein grafisches Programmierwerkzeug als Funktionalität der Steuerung, das dem Bediener erlaubt, Rohrgeometrien auf einfache Weise zu definieren und in die maschineninterne Beschreibungsform umzusetzen. Es wird ein Funktionsmodul der Steuerung erarbeitet, der die Beschreibung der Rohrgeometrie in ein ausführbares NC-Programm zur Realisierung des zugehörigen Bewegungsablaufs transformiert.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
+49 (0)721 608-992003

info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu