Automatische Programmierung für das Elektronenstrahlschweißen

Forschung und Entwicklung im Geschäftsfeld Virtual Engineering

Moderne Produktionsprozesse verlangen von Werkzeugmaschinen eine zunehmende Leistungsfähigkeit beim Abfahren komplexer Bahnen. Waren es vor Jahren lediglich einige wenige Schweißpunkte an denen Teile miteinander verbunden wurden, erfordern es heutige Technologien, wie das Elektronenstrahlschweißen, dass der Schweißroboter selbst auf Freiformflächen eine konstante Bahngeschwindigkeit erreicht und den vorher festgelegten Winkel zur Oberfläche des Schweißteils konsequent einhält.

© Fraunhofer IFF

Unser Kunde verwendet einen numerisch gesteuerten 7-Achs-Roboter, um Bauteile bis 50t Stückgewicht mit Elektronenstrahlen in einer 630 m3 fassenden Vakuumkammer zu schweißen, zu härten oder zu schneiden. Die außergewöhnliche kinematische Struktur dieser Werkzeugmaschine verhindert den Einsatz von Standard CAM-Lösungen zur Bearbeitungsplanung. Allein durch Teachen der Bahn lässt sich die Bahn jedoch mit der vom Prozess geforderten hohen Genauigkeit nur mit erheblichem Aufwand spezifizieren. Der Programmierer muss eine Vielzahl von Zwischenpunkten manuell anfahren und darauf achten, dass sich die Geschwindigkeit des Strahls auf der Oberfläche des Teils nicht ändert. Außerdem gestaltet es sich bei Freiformflächen äußerst schwierig, den Winkel des Strahls zur Oberfläche des Werkstückes zu messen und anschließend gezielt zu beeinflussen.

Für komplexe mehrachsige Sondermaschinen wurde eine kundenspezifische, einfach handhabbare Softwarelösung entwickelt, die die CAD-Daten von Vakuumkammer, Roboter und Werkstück einschließlich der im CAD-System erstellten Aufgabenspezifikation einliest und die Siemens Sinumerik 840D NC-Steuerung des Roboters automatisch programmiert. Das eingesetzte Berechnungsverfahren erlaubt die Steuerung von Maschinen mit beliebig langer serieller und sogar verzweigter Kinematik. Die Methode vermeidet bei redundanten Roboterstrukturen überflüssige Bewegungen, bezieht aber alle Achsen, teils auch regelgesteuert, in die Berechnung ein.

  • Unterstützung beliebiger Maschinenstrukturen (n-Achsen)
  • Einfache Spezifikation der Bearbeitungsbahn im CAD-Tool
  • G-Code-Erzeugung Sinumerik 840D oder ähnliche NC-Steuerungen

Durch das neue Verfahren zur Steuerungscodeerzeugung konnte die Rüstzeit der Elektronenstrahlanlage für ein neues Bauteil von mehreren Stunden auf ca. 30 min verkürzt werden.

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