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Dokumentenidentifikation DE102004014054A1 20.10.2005
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkstücks
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Hofer, Franz, 83052 Bruckmühl, DE;
Kreissl, Rüdiger, 71263 Weil der Stadt, DE
DE-Anmeldedatum 23.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004014054
Offenlegungstag 20.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.10.2005
IPC-Hauptklasse B23Q 3/18
IPC-Nebenklasse B25B 11/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein vereinfachtes Verfahren zum Ausrichten eines Werkstücks (1) mit einer Bearbeitungsfläche (60), das die folgenden Schritte umfasst:
ein Referenzmuster (66, 67) wird auf die Bearbeitungsfläche (60) des Werkstücks (1) aufgebracht;
ein Projektionsmuster wird auf die Bearbeitungsfläche (60) projiziert und
das Prjektionsmuster wird mit dem Referenzmuster (66, 67) zur Deckung gebracht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkstücks mit einer Bearbeitungsfläche.

Vor der Bearbeitung eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine müssen die Nullpunktkoordinaten des Werkstücks bestimmt werden. Zudem ist das Werkstück lagerichtig auszurichten beziehungsweise der Lagewinkel zu bestimmen. Bei Gusswerkstücken, wie Gussmessern für die Blechbeschneidung, werden hierzu Nullpunkt- und/oder Lagemarkierungen, zum Beispiel in Form von angegossenen Marken, Kerben, Anrissen oder dergleichen, auf dem Werkstück angebracht. Die Bearbeitungsfläche kann auf einer von den Markierungen abgewandten Seite des Werkstücks angeordnet sein, wodurch das Ausrichten des Werkstücks vor dem Bearbeiten erschwert wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 37 532 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung von Winkellagen relativ zu einem Bezugs- oder Startwinkel bei Werkzeugmaschinen bekannt, deren Spindeln sich um eine vertikale Achse drehen. An einer solchen Spindel wird ein kleinvolumiger Projektor befestigt. Dieser enthält einen Diodenlaser, welcher eine Lichtlinie auf einem Target erzeugt. Das Target weist eine Mehrzahl paralleler oder sich kreuzender Linien auf. Lichtlinie und Target erzeugen visuell sichtbare Moiree-Muster, welche erst bei korrekter Drehstellung von Spindel und Projektor verschwinden. Sofern ein im Wesentlichen transparentes Target verwendet wird, kann die Ausrichtung einer zweiten Projektionsfläche bestimmt werden. Die Erfindung wird bevorzugt im Zusammenspiel mit zugehörigen laseroptischen Messmitteln verwendet.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 28 536 A1 ist eine 3-D-Fräsmaschine bekannt, die eine motorisch angetriebene Arbeitsspindel zur Aufnahme eines Fräswerkzeugs, einen Arbeitstisch zum Aufspannen von Werkstücken, Führungen und Antriebsorgane zur Erzeugung von Relativbewegungen einer Fräseinheit und des Arbeitstischs in drei Raumrichtungen und eine Lasereinrichtung zum Aussenden eines Laserstrahls umfasst. Eine Fräsbearbeitung von Freiformflächen mit Laserunterstützung wird dadurch ermöglicht, dass das Fräswerkzeug ein Kugelkopffräser ist. Außerdem sind Lager- und Antriebsorgane zur Erzeugung einer Präzisionsbewegung der Lasereinrichtung um einen Punkt auf der Strahlachse vorgesehen. Der Laserstrahl greift um eine Mittelachse, welche die Achse der Arbeitsspindel unter einem spitzen Winkel schneidet. Darüber hinaus sind Lager- und Antriebsorgane zum Drehen und/oder Schwenken des Arbeitstisches um mindestens eine Achse vorgesehen. Die Lasereinrichtung ist vorzugsweise an einen Fräskopf befestigt, in dem die Arbeitsspindel gelagert ist. Eine verstellbare Befestigung ermöglicht eine schnelle Anpassung an verschiedene Laserlängen und Fräserdurchmesser.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 00 454 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von Bearbeitungsmarkierungen auf Holzbalken eines Dachstuhls bekannt. Es wird vorgeschlagen, mittels eines rechnergesteuerten Markierungsprojektors Lichtmarkierungen auf den Holzbalken zu projizieren und dann die Lichtmarkierungen mittels eines Zeichenwerkzeugs, beispielsweise eines Bleistifts, dauerhaft nachzuzeichnen. Der Holzbalken wird nachfolgend herkömmlich, beispielsweise handwerklich, verarbeitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Verfahren zum Ausrichten eines Werkstücks mit einer Bearbeitungsfläche zu schaffen.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Ausrichten eines Werkstücks mit einer Bearbeitungsfläche durch folgende Schritte gelöst: Zunächst wird ein Referenzmuster auf die Bearbeitungsfläche des Werkstücks aufgebracht; das Referenzmuster sollte geeignet sein, die Lage des Werkstücks zumindest in einer Ebene zu definieren. Anschließend wird ein Projektionsmuster auf die Bearbeitungsfläche projiziert; das Projektionsmuster entspricht vorzugsweise dem Referenzmuster. Danach wird das Projektionsmuster mit dem Referenzmuster zur Deckung gebracht; zu diesem Zweck kann entweder die Lage des Werkstücks mit dem Referenzmuster oder die Lage einer Projektionseinrichtung, mit Hilfe der das Projektionsmuster auf die Bearbeitungsfläche projiziert wird, verändert werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Ausrichtverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmuster zwei sich schneidende Linien umfasst. Durch die beiden sich schneidenden Linien kann die Lage des Werkstücks in einer Ebene eindeutig definiert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Ausrichtverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Linien in einem rechten Winkel zueinander verlaufen. Die Verwendung eines Ausrichtkreuzes hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Ausrichtverfahrens, bei dem das Werkstück auf einer von der Bearbeitungsfläche abgewandten Seite mindestens zwei Markierungen aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Schritte zum Aufbringen des Referenzmusters auf die Bearbeitungsfläche durchgeführt werden: Das Projektionsmuster wird auf die Markierungen projiziert; dann wird das Werkstück so ausgerichtet, dass das Projektionsmuster mit den Markierungen übereinstimmt; schließlich wird das Projektionsmuster auf die Bearbeitungsfläche übertragen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es berührungslos arbeitet. Ein mechanisches Abtasten der Markierungen ist nicht erforderlich.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Ausrichtverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück auf eine Werkstückaufnahmefläche eines Projektionstischs aufgespannt wird, in der Aussparungen vorgesehen sind, durch die das auf die Markierungen projizierte Projektionsmuster auf die Bearbeitungsfläche übertragen wird. Der Projektionstisch wird vor dem Aufspannen des Werkstücks vorzugsweise so ausgerichtet, dass die Aussparungen mit dem projizierten Projektionsmuster übereinstimmen. Ein auf dem ausgerichteten Projektionstisch angeordnetes Werkstück kann dann mit Hilfe des auf den Projektionstisch projizierten Projektionsmusters ausgerichtet werden. Das Projektionsmuster kann schließlich, zum Beispiel mit Hilfe eines Stiftes, auf die Bearbeitungsfläche des ausgerichteten Werkstücks übertragen werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Ausrichtverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionstisch relativ zu dem Projektionsmuster ausgerichtet wird, oder umgekehrt. Vorzugsweise wird der Projektionstisch vor dem Aufspannen des Werkstücks relativ zu dem Projektionsmuster ausgerichtet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Ausrichtverfahrens, bei dem die Bearbeitungsfläche eine Kontur aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Schritte zum Aufbringen des Referenzmusters durchgeführt werden: Zunächst wird eine Folie mit einem Referenzmuster auf die Bearbeitungsfläche aufgelegt; dann wird die Folie mit dem Referenzmuster an der Kontur der Bearbeitungsfläche ausgerichtet. Durch die Verwendung der vorzugsweise transparenten Folie wird das Aufbringen des Referenzmusters auf die Bearbeitungsfläche erheblich vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Ausrichtverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Folie an der Bearbeitungsfläche befestigt wird. Die Folie kann zum Beispiel auf die Bearbeitungsfläche aufgeklebt werden.

Bei einer Vorrichtung zum Durchführen des vorab beschriebenen Verfahrens ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Projektionseinrichtung an einer Bearbeitungsmaschine angebracht ist. Die Projektionseinrichtung umfasst vorzugsweise mindestens eine Lasereinheit. Wenn nur eine einfache Lasereinheit an der Bearbeitungsmaschine angebracht ist, dann wird das Werkstück vorzugsweise von Hand ausgerichtet und auf den Maschinentisch aufgespannt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ausrichtvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung drehbar an der Bearbeitungsmaschine angebracht ist. Wenn die Lasereinheit drehbar an der Bearbeitungsmaschine angebracht ist, dann ist es von Vorteil, wenn die Steuerung der Bearbeitungsmaschine so ausgelegt wird, dass der beim Ausrichten aufgetretene Verdrehwinkel des Werkstücks zu den Bearbeitungsmaschinenachsen bei der Bearbeitung verrechnet werden kann.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ausrichtvorrichtung ist durch einen Projektionstisch gekennzeichnet, der eine Werkstückaufnahmefläche aufweist, in der Aussparungen vorgesehen sind, die deckungsgleich zu einem Projektionsmuster angeordnet sind, das von der Projektionseinrichtung auf die Werkstückaufnahmefläche projiziert wird. Der Projektionstisch wird vorzugsweise so ausgerichtet, dass die Aussparungen mit dem projizierten Projektionsmuster übereinstimmen. Ein auf dem ausgerichteten Projektionstisch angeordnetes Werkstück kann dann mit Hilfe des auf dem Projektionstisch projizierten Projektionsmusters ausgerichtet werden. Das Projektionsmuster kann schließlich, zum Beispiel mit Hilfe eines Stiftes, auf die Bearbeitungsfläche des ausgerichteten Werkstücks übertragen werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Dabei zeigen:

1 ein Werkstück mit drei Markierungen in der Draufsicht;

2 die Ansicht eines vergrößerten Ausschnitts II aus 1;

3 die in 2 vergrößert dargestellte Markierung von vorne;

4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausrichtvorrichtung;

5 ein auf einem Projektionstisch ausgerichtetes Werkstück und

6 ein auf einen Bearbeitungsmaschinentisch aufgespanntes Werkstück.

In 1 ist ein Werkstück 1 in der Draufsicht dargestellt. Bei dem Werkstück 1 handelt es sich um ein im Gießverfahren hergestelltes Messer zum Schneiden von Blechen. An einem Rand des in 1 dargestellten Werkstücks 1 ist ein Längssteg 2 ausgebildet, der im Wesentlichen die Gestalt eines Kreisbogens aufweist. Von dem Längssteg 2 geht ein Quersteg 3 aus, der im Wesentlichen senkrecht zu dem Längssteg 2 angeordnet ist. Der Längssteg 2 und der Quersteg 3 erheben sich auf der Oberseite 4 des Werkstücks 1, die auch als Markierungsfläche bezeichnet wird. Auf der Markierungsfläche 4 sind drei Markierungen 5, 6, 7 angebracht, die aus der Oberseite 4 des Werkstücks 1 herausragen. Die Markierungen 5 bis 7 weisen jeweils einen rechteckförmigen Grundriss auf. In der Zusammenschau mit den 2 und 3 sieht man, dass die Markierungen 5 bis 7 jeweils einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen. Die Mittellinien der Markierungen 5 bis 7 schneiden sich in einem Punkt, der durch ein Kreuz 9 angedeutet ist und auch als Nullpunkt bezeichnet wird. Die Mittellinien der Markierungen 5 bis 7 sind in 1 durch gestrichelte Linien 11, 12 angedeutet.

In 4 sieht man einen Teil einer Bearbeitungsmaschine 20, die einen Bearbeitungskopf 21 mit einem Werkzeugaufnahmefutter 22 aufweist. Bei der Bearbeitungsmaschine 20 handelt es sich zum Beispiel um eine Fräsmaschine oder eine Bohrmaschine. An der Bearbeitungsmaschine 20 ist eine Laserlichtquelle 25 angebracht, die einen Projektionskopf 26 aufweist. Von dem Projektionskopf 26 kann ein Projektionsmuster auf einen Maschinentisch 30 projiziert werden, der unterhalb des Projektionskopfes 26 angeordnet ist. Der Maschinentisch 30 weist auf seiner Oberseite eine Aufnahmefläche 31 für Werkstücke auf.

In 5 ist ein Projektionstisch 40 in der Draufsicht dargestellt, der anstelle des Maschinentischs 30 (siehe 4) im Projektionsbereich des Projektionskopfes 26 angeordnet sein kann. In der Oberfläche des Projektionstisches 40 sind zwei durchgehende Schlitze 41 und 42 senkrecht zueinander angeordnet. Die Schlitze 41, 42 verlaufen jeweils von einer Seite des rechteckförmigen Projektionstisches 40 zur gegenüberliegenden Seite. Mit Hilfe einer oberhalb der Papierebene (in 5 nicht dargestellten) Projektionseinrichtung werden zwei Projektionslinien 44 und 45 auf den Projektionstisch 40 projiziert. Die Projektionslinien 44 und 45 schneiden sich in einem rechten Winkel, so dass sie ein Projektionskreuz bilden. Die Projektionslinien 44 und 45 sind deckungsgleich zu den Schlitzen 41 und 42 angeordnet. Um diese Anordnung zu erreichen, wird entweder der Projektionstisch 40 relativ zu den Projektionslinien 44 und 45 ausgerichtet, oder die die Projektionslinien 44, 45 erzeugende Projektionseinrichtung wird relativ zu den Schlitzen 41, 42 ausgerichtet.

Ein Werkstück 1 mit einem Längssteg 2 und einem Quersteg 3 liegt mit seiner Bearbeitungsfläche, die an der Unterseite des Werkstücks 1 ausgebildet ist, auf der Oberfläche des Projektionstischs 40 auf. Das Werkstück 1 ist so auf dem Projektionstisch 40 ausgerichtet, dass die auf der Markierungsfläche 4 ausgebildeten Markierungen 5 bis 7 so von den Projektionslinien 44 und 45 durchlaufen werden, dass der Nullpunkt 9 mit dem Schnittpunkt der Projektionslinien 44, 45 zusammenfällt.

Vor der Bearbeitung eines Werkstücks 1 auf einer Werkzeugmaschine 20 müssen die Nullpunktkoordinaten 9 des Werkstücks 1 bestimmt werden. Zudem ist das Werkstück lagerichtig auszurichten beziehungsweise der Lagewinkel zu bestimmen. Bei Gussmessern für die Blechbeschneidung werden hierzu Nullpunkt- und Lagemarkierungen 5 bis 7 und 9 auf dem Werkstück angebracht. Die Markierungen 5 bis 7 können angegossen oder zum Beispiel aufgeklebt werden.

Die Projektionslinien 44, 45 können sowohl mittels zweier entsprechend angeordneter Linienlaserelemente oder mittels Punktlaser und entsprechenden optischen Elementen, wie Prismen, Spiegel und dergleichen, erzeugt werden.

Die in 5 dargestellten Projektionslinien 44, 45 können, zum Beispiel mit Hilfe eines Stiftes, auf die Unterseite des Werkstücks 1, welche die Bearbeitungsfläche aufweist, übertragen werden. Zu diesem Zweck muss der Stift nur durch die Schlitze 41 und 42 geführt werden. Nach der Übertragung der Projektionslinien 44 und 45 auf die Bearbeitungsfläche kann das Werkstück 1 mit der Bearbeitungsfläche nach oben auf den Maschinentisch 30 gespannt werden.

Es ist auch möglich, das Werkstück 1 mittels der projizierten Linien 44, 45 auszurichten und die Lage des Werkstücks 1 zur Maschinenspindel zu bestimmen. In den Korrekturspeicher der Maschinensteuerung eingetragen, dienen diese Werte dann dem korrekten Ablauf des Bearbeitungsprogramms. Bei diesem Verfahren wird das Werkstück zunächst auf den Maschinentisch aufgespannt. Anschließend werden mittels der Maschinenachsbewegungen und der Laser-Dreheinrichtung die projizierten Linien 44, 45 mit den Werkstückmarkierungen in Übereinstimmung gebracht. Nun kann an der Maschinensteuerung die Lage des Werkstücks abgelesen werden, der Lagewinkel an der Drehwinkelanzeige.

In 6 ist ein Ausschnitt eines Maschinentischs 30 mit einer Werkstückaufnahmefläche 31 vergrößert dargestellt. Der Maschinentisch 30 wird außen von zwei Schienen 51 und 52 begrenzt, die parallel zueinander angeordnet sind. An der Schiene 51 sind zwei Spannpratzen 54 und 55 in Längsrichtung der Schiene verschiebbar geführt. An der Schiene 52 sind analog zwei Spannpratzen 56 und 57 in axialer Richtung bewegbar geführt. Die Spannpratzen 54 bis 57 sind paarweise gegenüberliegend angeordnet. Zwischen den Spannpratzen 54 bis 57 ist ein Werkstück 1 mit seiner Bearbeitungsfläche 60 nach oben eingespannt.

Auf der Bearbeitungsfläche 60 liegt eine transparente Folie 65 auf, auf der zwei Referenzlinien 66 und 67 gestrichelt eingezeichnet sind. Außerdem sind auf der Folie vier Kreise 71 bis 74 eingezeichnet, welche die Position von Bohrungen darstellen, die in die Bearbeitungsfläche 67 einzubringen sind. Die Folie 65 ist an der Kontur der Bearbeitungsfläche 60 ausgerichtet.

Die Ausrichtung des Werkstücks 1 mit der auf die Bearbeitungsfläche 60 aufgelegten oder aufgeklebten Folie 65 erfolgt mit Hilfe von Projektionslinien, die mit Hilfe einer Projektionseinrichtung auf die Bearbeitungsfläche 60 und die Folie 65 projiziert werden. Wenn die Referenzlinien 66 und 67 deckungsgleich zu den Projektionslinien (in 6 nicht dargestellt) angeordnet sind, dann ist das Werkstück 1 korrekt ausgerichtet und kann bearbeitet werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Ausrichten eines Werkstücks (1) mit einer Bearbeitungsfläche (60), das die folgenden Schritte umfasst:

    ein Referenzmuster (66, 67) wird auf die Bearbeitungsfläche (60) des Werkstücks (1) aufgebracht;

    ein Projektionsmuster (44, 45) wird auf die Bearbeitungsfläche (60) projiziert und

    das Projektionsmuster (44, 45) wird mit dem Referenzmuster (66, 67) zur Deckung gebracht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmuster zwei sich schneidende Linien (44, 45) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Linien (44, 45) in einem rechten Winkel zueinander verlaufen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (1) auf einer von der Bearbeitungsfläche (60) abgewandten Seite (4) mindestens zwei Markierungen (57) aufweist, dadurch gekennzeichnet,

    dass die folgenden Schritte zum Aufbringen des Referenzmusters (66, 67) auf die Bearbeitungsfläche (60) durchgeführt werden:

    das Projektionsmuster (44, 45) wird auf die Markierungen (57) projiziert;

    das Werkstück (1) wird so ausgerichtet, dass das Projektionsmuster (66, 67) mit den Markierungen (57) übereinstimmt;

    das Projektionsmuster (44, 45) wird auf die Bearbeitungsfläche (60) übertragen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) auf eine Werkstückaufnahmefläche eines Projektionstischs (40) aufgespannt wird, in der Aussparungen (41, 42) vorgesehen sind, durch die das auf die Markierungen (57) projizierte Projektionsmuster (44, 45) auf die Bearbeitungsfläche (60) übertragen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionstisch (40) relativ zu dem Projektionsmuster (44, 45) ausgerichtet wird, oder umgekehrt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bearbeitungsfläche (60) eine Kontur aufweist, dadurch gekennzeichnet,

    dass die folgenden Schritte zum Aufbringen des Referenzmusters durchgeführt werden:

    eine Folie (65) mit einem Referenzmuster (66, 67) wird auf die Bearbeitungsfläche (60) aufgelegt;

    die Folie (65) mit dem Referenzmuster (66, 67) wird an der Kontur der Bearbeitungsfläche (60) ausgerichtet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (65) an der Bearbeitungsfläche (60) befestigt wird.
  9. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Projektionseinrichtung (25, 26) an einer Bearbeitungsmaschine (20) angebracht ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung (25, 26) drehbar an der Bearbeitungsmaschine (20) angebracht ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen Projektionstisch (40), der eine Werkstückaufnahmefläche aufweist, in der Aussparungen (41, 42) vorgesehen sind, die deckungsgleich zu einem Projektionsmuster (44, 45) angeordnet sind, das von der Projektionseinrichtung (25, 26) auf die Werkstückaufnahmefläche projiziert wird.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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