Роботы в металлообработке

Уже много лет KADIA Produktion GmbH + Co, Нюртинген, разрабатывает роботизированные модули для удаления заусенцев на основе щестиосевых промышленных роботов. Тем временем появляется новая тенденция, решения с еще более высокой добавленной стоимостью, то есть с общими процессами обработки, такими, как фрезерование, сверление или нарезание резьбы. Таким образом, робот больше не является просто частью станка для удаления заусенцев. Компания из Нюртингена придерживается двух концепций своих роботов-ячеек для удаления заусенцев. Либо робот захватывает заготовку и перемещает ее к неподвижным инструментам, часто к щеткам, либо он сам направляет инструменты, такие, как фрезерные инструменты. Последний случай представляет собой более сложную задачу. Одним из примеров является снятие заусенцев с больших шестерен. Термин «удаление заусенцев» больше не подходит для этой операции. Это больше вопрос формирования кромки.

На шестернях делают фаски до 5 миллиметров. Инструмент, используемый для этого, представляет собой цельную твердосплавную концевую фрезу.

Программирование является сложным, поскольку фрезы повторяют эвольвентный контур боковых сторон зуба. Дальнейшим развитием в последние годы стали ячейки для автоматизации удаления заусенцев, в которых робот выполняет всесторонние задачи обработки в дополнение к удалению заусенцев.

В этом сценарии, например, он работает вместе с обрабатывающими центрами, то есть размещает компоненты, снова их удаляет и при необходимости также выступает в качестве интерфейса для соседних частей системы, таких, как станции контроля качества или мойки.

В таком случае снятие заусенцев является лишь одной задачей из нескольких. К этим задачам примыкают другие, поэтому KADIA теперь предлагает третью категорию робототехнических систем в качестве приложения: Machining-Robot-Cells.

Все больше и больше клиентов спрашивают, можно ли с помощью робота, например, также нарезать резьбу или обеспечивать плоскую поверхность, говорит Янник Вайс из отдела продаж станков для удаления заусенцев, KADIA. Клиенты хотят избежать повторных операций.

Если робот для удаления заусенцев, который часто продолжает технологическую цепочку после механической обработки, может отнимать работу у других обрабатывающих станков, можно сэкономить много времени. В результате мы немного переориентируемся, говорит Хеннинг Кляйн, управляющий директор KADIA.

Поскольку мы накопили многолетний опыт работы с нашими решениями по автоматизации роботов и роботизированных ячеек для удаления заусенцев, шаг к тому, чтобы стать поставщиком роботизированной механической обработки, уже не является большим шагом.

В принципе, шестиосевой промышленный робот подходит для широкого спектра технологий обработки. Это и сверление, и фрезерование, и нарезание резьбы. Причем возможна обработка сухая, мокрая или с использованием минимального количества смазки.

Основное преимущество заключается в том, что робот представляет собой сравнительно недорогое решение для механической обработки. С его помощью можно легко добраться до всех открытых сторон призматической заготовки.

Если то же количество степеней свободы должно быть достигнуто с помощью обрабатывающего центра, требуются гораздо более сложные концепции пятиосевого станка, что означает высокие затраты.

Кроме того, робот может попеременно брать захваты и инструменты и поэтому подходит для многофункциональных сценариев. Ограничением робота для механической обработки является его сравнительно низкая жесткость.

Он не может обеспечить повторяемость прецизионных направляющих, доступных на обрабатывающем центре. Чем дальше вытягивается манипулятор, тем менее точен результат. Поэтому его использование ограничено приложениями с соответственно большими допусками и недостаточной толщиной стружки.

Однако есть определенные настройки и параметры, которые могут повлиять на результаты. Программирование может компенсировать отклонения от идеального пути в точках разворота в определенных пределах.

Отдел разработки процессов в KADIA определяет, какие параметры необходимо оптимизировать и как. Мы тратим на это необходимое время, чтобы в конце концов предоставить заказчику работоспособный процесс, говорит Янник Вайс.

Одной из областей применения, для которых робот идеально подходит, является обработка поверхностей разъема на алюминиевых поддонах корпуса для размещения автомобильных аккумуляторов.

Эти кожухи, изготовленные из экструдированных профилей с защитными конструкциями, фактически являются преемниками топливных баков. Требуются все большие объемы этой продукции. Требования к качеству поверхности и ограничению допусков обусловливают увеличение размеров обрабатывающих центров.

Робот, с другой стороны, соответствует требованиям к точности размеров и полностью использует свои ценовые преимущества, а также свою гибкость. Не так давно инженеры KADIA разработали концепцию обработки для автопрома.

Требуется фрезеровать поверхности разъема с последующим удалением заусенцев щеткой, чтобы впоследствии рамы можно было скрепить болтами и закрыть стальным кожухом. Важной деталью требования заказчика было получение плоскофрезерованных поверхностей с малой волнистостью.

Решение состоит в получении одной ячейки с тремя роботами. Для соблюдения продолжительности цикла требуется два робота на одной стороне заготовки, где объем обработки больше, и достаточно одного на другой стороне.

Установка требует менее 80 секунд для полной обработки, то есть фрезерования, включая удаление заусенцев щеткой. На случай, если в будущем потребуется обработать вариант заготовки с дополнительными деталями, в ячейке по-прежнему есть место для четвертого робота.

Заранее проведенные испытания с фрезерными инструментами показали, что минимизация вибраций является большой проблемой при определении практически всех параметров обработки при роботизированном резании.

Например, геометрия резания, макро- и микрогеометрия являются важными регулировочными факторами, поскольку они оказывают решающее влияние на силы резания.

Помимо прочего, ключевым критерием является глубина резания. Инженеры по эксплуатации ограничили этот параметр до 2 миллиметров, чтобы уменьшить вибрации. В то же время они оптимизировали скорость резания и подачу, чтобы избежать появления следов вибрации.

Режущие кромки охлаждаются во время обработки за счет минимального количества смазки. Программируемые шпиндели, установленные на манипуляторах робота, отвечают за анализ данных резания.

Они образуют седьмую ось. Описанное выше решение обеспечивает требуемое ограничение шероховатости поверхности Таким образом, требуемая пользователем чистота поверхности снижается вдвое.

На первый взгляд ячейка с тремя роботами представляет собой сложную систему. Однако работа такого оборудования проще, чем ожидалось, говорит Янник Вайс.

Любой квалифицированный слесарь, разбирающийся в техническом чертеже, может управлять нашими роботизированными ячейками. Для каждой детали обработки определяется только одна основная точка. Это легко исправить.

Пути подхода и движения перехода к следующему объекту предопределены. Каждый значимый для процесса размер на заготовке можно прочитать в текстовом виде на чертеже.

Из этого следует, что если заготовка выходит за пределы допуска, оператор может быстро и легко исправить соответствующие координаты заготовки и инструмента.