Промышленные роботы как современные технологии высокоточной механообработки.

Предисловие.

Промышленные роботы благодаря высокому разнообразию моделей, доступной цене и широким техническим возможностям, успешно применяются в автоматизации сварки, резки, покраски и других операций, сконцентрированных в первую очередь в металлообрабатывающих отраслях. Кроме этого, с каждым годом увеличивается количество пользователей использующих offline программирование, с целью уменьшения времени, требуемого для технологической подготовки и запуска производственной линии. Для более полного удовлетворения этих потребностей, промышленные роботы должны обеспечивать высокоточное позиционирования в заданном пространственном положении.

Эволюция промышленных роботов, постоянно увеличивает их точность и повторяемость, благодаря чему, роботы все чаще приходят на замену станков с ЧПУ. Но роботы не всегда обеспечивают требуемую жесткость и в настоящее время не способны обеспечивать микронную точность и сверхвысокое позиционирование. Однако, они имеют широкий спектр применений в областях, где нет необходимости в микронных точностях, а использование больших станков с ЧПУ будет лишней тратой ресурсов.

  

 1.     Применение роботов в механообработке

Станки с ЧПУ на протяжении многих лет успешно используются для фрезеровки уретановых и пенопластовых рулонов при создании автомобильных сидений. Но для создания подобных изделий, характеристики станков имеют явные излишества, как в прочем и для деревообработки где требуется еще более низкие характеристики по точности. Поэтому, использование промышленных роботов, открывает ряд преимуществ.

 a) Уменьшение стоимости при использовании недорогих роботов в сравнении со станками с ЧПУ.

 b) Обеспечение выполнения широкого диапазона операций с использованием 6-ти осей робота.

 c) Возможность использования дополнительного оборудования: модулей линейного перемещения и позиционеров для создания более гибкой конфигурации системы.


Пример использования промышленного робота для автоматизации фрезировки:

современные промышленные роботы

 

Однако, возможная замена станков с ЧПУ будет требовать от роботов не только высокой точности и жесткости, но и использования CAD/CAM программ для офлайн программирования.

Фактически, можно утверждать, что существуют области, где замена на роботы возможна и даже желательна, и области, где могут быть применены только станки с ЧПУ.

Большинство ведущих мировых производителей роботов, уже имеют в своей линейке модели специально созданные для роботизации механообработки. Например, в линейке Fanuc, есть замечательный робот Fanuc LR Mate 200iD, обладающий повышенной жесткость и высочайшей повторяемостью 0,02мм.

 

2. Технологии для достижения требуемой точности обработки. 

Для того чтобы успешно использовать промышленные роботы и даже расширить границы их применения при автоматизации процессов механической обработки, существуют некоторые естественные проблемы, которые требует решения и коррекций.

2.1. Усовершенствование абсолютной точности через коррекцию смещений и отклонений при движении робота;

2.2. Программное обеспечение для преобразования множества точек (сотни тысяч точек, созданных в CAD системе)  в программы робота (с уменьшением количества точек);

2.3. Подавление микровибраций в роботе, которые происходят с периодическим разбросом (колебанием), создаваемых редукторами;

2.4. Точность измерения инструмента без корректировки смещения позиции, для того чтобы изменить положение конца фрезы или другого инструмента.

 

2.1. Усовершенствование абсолютной точности

Промышленные роботы имеют точность повторения в среднем от 0,05мм до 0.1 мм (точность при воспроизведении или повторении обученной позиции), их абсолютная точность (точность при движении в позицию, заданную координатными значениями) не так высока! Это происходит в результате неточности сборки узлов робота, ошибок нулевых точек датчиков отслеживания углов суставов робота. Для того чтобы добиться точного позиционирования, ведущие производители роботов разработали технологию, которая принимает во внимание эти факторы ошибок, для того чтобы скорректировать обученную позицию, и удерживать усредненную абсолютную точность робота на уровне  0,05 мм или меньше.

 

2.2. Преобразование G-кодов в программу робота

Как правило, вывод CAD/CAM данных в станок с ЧПУ, выполняется в стандартном промышленном формате, известном как G-коды. Существует специальные программные обеспечения, которые автоматически создают программы роботов из данных G-кодов. 

 

2.3. Подавление микровибраций

Промышленные роботы используют редукторы с низким мертвым ходом, для того чтобы

улучшить точность позиционирования. Данный тип редукторов имеет конструктивный недостаток создающий периодические вариаторы вращающего момента или угловые ошибки привода. Несмотря на то, что пульсации редуктора сами по себе маленькие и обычно не вызывают проблем, при совпадении вибрации пульсаций с естественной частотой самого робота, могут происходить микровибрации с амплитудой до 0,2 мм, которые могут негативно повлиять на процесс.  Если эти микровибрации создаются во время процесса механообработки, могут появляться волнообразные микроскопические неровности на поверхности обрабатываемой детали.

 

Кроме этого, даже когда обрабатывающий инструмент работает с постоянной скоростью, скорость вращения каждого сустава робота меняется, делая трудным избежать резонансов, вызванных пульсациями редукторов.

Поэтому ведущие производители роботов используют метод дополнительных сигналов в команде момента инерции двигателя для гашения пульсаций, который значительно понижает эти микровибрации.

Благодаря этому методу, вибрации во время механообработки снижаются практически до нуля.

 

2.4. Высокоточное измерение инструмента

При роботизированной фрезеровке, направление, в котором концевая фреза обходит деталь, может изменяться. Как результат, если регистрация инструментальной системы координат робота выполнена некорректно, смещение кончика фрезы может изменить обученную точку обработки и создать шероховатые поверхности на детали после механообработки. Несмотря на то, что промышленные роботы оборудованы стандартным методом измерения инструмента (инструментальной системы координат), его недостаточно для достижения точности при роботизированной механообработке.

Поэтому был разработан метод измерения инструмента, который использует эталонный метод измерения инструмента и датчик проекции позиции, который позволяет скорректировать инструментальную систему координат робота.

 

Вывод:

Механообработка, где в прошлом не могли использоваться промышленные роботы, теперь открыта для применения роботов. С тем же успехом, как роботы используются в промышленности для сварки, резки, покраски и обслуживания станков, возможно использование промышленных роботов в области механообработки. 

 

   

Автор: Бруцкая Эльвира (Инженер Белфингрупп)