Роботизирани системи за фрезоване

Начало > Роботика > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 7/2024 > 23.10.2024

  • Роботите за фрезоване присъстват в редица индустриални сектори благодарение на лесната им експлоатация и ниските разходи в сравнение с традиционното оборудване с високи капиталови инвестиции

  • Определящи фактори при избора на робот за фрезоване са размерите на детайлите и материалите, от които са изработени те, изискванията за точност и повторяемост, товароносимостта, броят на осите и наличното инсталационно пространство

  • Някои доставчици предлагат пакети, включващи всичко необходимо, които на практика представляват готови роботизирани клетки за изпълнение на стандартни фрезови задачи

 


Роботизираното фрезоване предлага на производителите гъвкавост в една област, традиционно доминирана от оборудване с големи капиталови инвестиции. В допълнение тази технология предоставя нови възможности за съвременното производство. От създаването на сложни матрици за пластмасовата индустрия до изработката на красиви произведения на изкуството, възможностите, осигурявани от роботизираното фрезоване отварят нови врати за производството и могат да повишат ефективността на процесите. В статията ще разгледаме същността на роботите за фрезоване, ще сравним технологията с традиционните варианти за индустрията и ще обсъдим кога трябва да се обмисли закупуването на фрезоващ робот.

 

Същност на роботизираното фрезоване

Макар фрезоването да съществува от десетилетия, използването на индустриални роботи за тази цел е относителна новост. Пречките пред навлизането на роботи в сферата на фрезоването значително намаляват с широкото разпространение на софтуерните продукти за генериране на хода на инструмента. CAD/CAM софтуерът за роботи дава възможност за симулиране, верифициране и координиране на хода на инструмента за процеса на фрезоване. Това улеснява преобразуването на 3D проекти в код, който роботът да следва.

В допълнение към софтуерния компонент, ключови елементи, необходими за фрезоването, са робот, инструментална екипировка и шпиндел, устройство за закрепване на детайла и защитно оборудване.

Обикновено роботизирано фрезоване се извършва с 6-осни роботи, които имат съществени предимства за процеса. Първо, шарнирното им движение им позволява да създават сложни форми и дизайни в детайла по естествен път. Постигането на подобни резултати от друго оборудване изисква използването на комплексно спомагателно оборудване или ръчни настройки от страна на оператора. Тези роботи се отличават и с баланс между обсег и издръжливост. Тази комбинация е необходима за работа с големи детайли и справяне с тежката инструментална екипировка. Примерни приложения са фрезоване на сложни матрици, използвани в горещото леене под налягане на пластмаси, финишна обработка на тръби с големи диаметри, обработка на отливки за корпуси на медицински устройства и др.
SCARA роботите далеч не са толкова разпространени за фрезоване, колкото 6-осните, но все пак заслужават да бъдат споменати. Тези компактни модели са отлично решение за прости, нискобюджетни фрезови приложения на малки детайли. Те обаче не предлагат същата сръчност и обсег, както 6-осните роботи. Това означава, че те не биха били подходящи за приложения, включващи обработка на по-големи и сложни детайли. Все пак SCARA роботите са много добра и достъпна опция за правилната задача. Те могат да се използват например при дървообработка, обработка на метални уплътнения за автомобилостроенето, обработка на прости пластмасови компоненти и др.

Роботите за фрезоване присъстват в редица индустриални сектори благодарение на лесната им експлоатация и ниските разходи в сравнение с традиционното оборудване с високи капиталови инвестиции. Тези роботи са подходящи за повечето процеси на фрезоване, като са най-често срещани в производството на дървени детайли, обработката на пластмаса, метали, изработката на медицински устройства, авиокосмическата индустрия, автомобилостроенето, изкуството и архитектурата.

 

Роботизирано фрезоване или ЦПУ обработка

Причините да се автоматизира процесът на фрезоване са много. Автоматизацията предлага по-висока производителност, по-качествени детайли и по-последователно производство. Сравнението между роботизираните системи и решенията с ЦПУ е често срещана дилема за производителите.
Роботите за фрезоване се състезават с машините с ЦПУ за фрезовите приложения, като и двете алтернативи са отличен избор. Оптималното решение обаче често зависи от приложението и контекста на експлоатация във фабриката. Например механичната обработка от висок клас на трансмисии има различни изисквания от фрезоването на сложни продукти от пенопласт.

Основното предимство на роботизираните системи за фрезоване за производителите е тяхната по-ниска цена в сравнение с машините с ЦПУ. В зависимост от приложението цената на роботите може да е между 30 и 70% от тази на една машина с ЦПУ. Обичайно е една качествена машина с ЦПУ да струва над 200 000 щатски долара, докато един среден по размер фрезоващ робот след интеграция може да е между 60 000 и 120 000 щатски долара. Разликата може да варира в широки граници спрямо изискванията на конкретното приложение. В обобщение – един робот може да предложи разходно ефективна алтернатива, ако бюджетът е по-ограничен, а маржовете на печалба са тесни.

Присъщата за роботите гъвкавост е ключова характеристика за повечето приложения. Машините с ЦПУ често са конструирани за малък брой специфични приложения, докато роботите могат да бъдат “преквалифицирани” за множество различни задачи. Например, роботите могат лесно да бъдат използвани за обработка както на малки, така и на големи детайли, а машините с ЦПУ са ограничени по отношение на размера на обработваните детайли от конструкцията си. Също така, при необходимост роботите могат да се използват и за тотално различни задачи. Нищо не пречи един робот за фрезоване да се използва за палетизиране, ако това се наложи в бъдеще. Машините с ЦПУ обаче ще продължат да бъдат само машини с ЦПУ.

Машините с ЦПУ предлагат върхова прецизност поради стабилната си конструкция. Докато роботизираните фрезови системи осигуряват точност под милиметър, машините с ЦПУ лесно постигат нива под микрометър. Поради тази причина, в зависимост от задачата може да не е целесъобразно да се използва робот. Фрезоването на висок клас компоненти за авиокосмическия сектор например често изисква спазването на най-стриктните допуски в производството.

Понякога няма действителен избор между машина с ЦПУ и роботизирана система. В други случаи компонентите с по-широки граници на допустимите отклонения предлагат възможност да се използват роботи за фрезоване. Затова съветът на експертите е внимателно да се обмислят изискванията на конкретното приложение, когато се прави избор между машина с ЦПУ и робот.

 

Интегриране на робот

Интегрирането на робот за фрезоване може да е предизвикателство, ако не се познават изискванията. Допускането на грешки по време на процеса на интеграция води до главоболия през целия жизнен цикъл на оборудването. Изборът на неподходящия тип робот например може да доведе до значителни понижения на производителността на приложението.

Определящи фактори при избора на робот за фрезоване са специфичните потребности и бюджетът. Следва да се отчетат и размерите на детайлите и материалите, от които са изработени те, изискванията за точност и повторяемост, товароносимостта, броят на осите и наличното инсталационно пространство. Както беше споменато, 6-осните роботи предлагат по-високи нива на гъвкавост и сръчност за фрезоване на сложни 3D повърхности. С 3- и 4-осен робот обикновено могат да се фрезоват само плоски или призматични детайли.

Първата критична стъпка е да се намери правилният доставчик за конкретния проект. Доставчикът може в съществена степен да повлияе на разходите за проекта и лекотата на интеграция. В идеалния случай ще се намерят няколко доставчика с опит във внедряването на роботи във фрезови приложения. Това осигурява гъвкавост в преценката на силните страни и разходите, което дава възможност за взимане на информирано решение за съответната компания.

Значимостта на допълнителния софтуер за фрезови приложения често може да бъде подценена. Наличието му не е стандартно изискване за много други приложения, но в случая на сложен процес като фрезоването, то е критично важно. Този софтуер позволява 3D моделите да се превърнат в команди за фрезоване за робота, което елиминира необходимостта тези команди да се програмират ръчно. Използването на този софтуер се ускорява с порядъци. Жизненоважно е да се гарантира, че избраният софтуер е съвместим с конкретния модел робот.

Има много опции по отношение на хардуера в зависимост от изискванията на проекта. Вече обсъдихме някои ключови компоненти. Може обаче да се наложи набавянето на допълнителни продукти, за да се гарантира нормалното протичане на процеса. Сред другите елементи могат да бъдат рафтове за инструменти при смяна на детайлите, охлаждащи системи при фрезоването на по-твърди материали и роботизирани преносни модули при задачи, свързани с обработката на по-големи детайли.

Доставчикът би трябвало да може да помогне в осигуряването на тези допълнителни компоненти. Някои доставчици предлагат пакети, включващи всичко необходимо, които на практика представляват готови роботизирани клетки за изпълнение на стандартни фрезови задачи. Закупуването на такъв пакет може значително да намали усилията, необходими за набавянето на нужните компоненти.

За повечето производители въпросът не е дали да се автоматизира, а как да се автоматизира. Роботизираните системи за фрезоване предлагат огромна стойност за процесите на механична обработка. Роботите могат да бъдат оптималният избор в зависимост от спецификите на приложението.


Вижте още от Роботика


Ключови думи: роботи, фрезоване, 6-осни роботи, SCARA роботи, роботизирано фрезоване, машини с ЦПУ



Редактор на статията:

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

Отговорен редактор

• Завършва специалност "Инженерна екология" в Химикотехнологичен и металургичен университет;


• Заема длъжността "Отговорен редактор" в издателство TLL Media от 2020 г.;

• Разполага с над 10 години опит в създаването на съдържание и писането на научни статии.

Контакт в LinkedIn


Top