Rola precyzyjnej obróbki CNC w rozwoju rozwiązań robotyki

Każda ruchoma część robota wiąże się z prostym oczekiwaniem: wykonywania tego samego ruchu, z tą samą dokładnością, tysiące razy bez awarii. To oczekiwanie rozpada się w momencie, gdy przegub, przekładnia lub obudowa czujnika przekracza tolerancję na poziomie mikronów. Precyzyjna obróbka CNC zapobiega temu.

Od frezowania skomplikowanych, profilowanych powierzchni na ramionach robotów, po toczenie wałów o wymiarach submilimetrowych do układów napędowych, obróbka CNC zapewnia inżynierom robotyki kontrolę wymiarową i elastyczność materiałową, jakiej nie oferuje żadna inna metoda produkcji na dużą skalę. To pomost między modelem CAD a funkcjonalnym robotem, który porusza się, chwyta i reaguje z powtarzalną dokładnością.

W miarę jak roboty stają się coraz bardziej zaawansowane w zastosowaniach przemysłowych, usługowych i opartych na sztucznej inteligencji, wymagania dotyczące obróbki CNC zmieniły się z „wystarczająco dokładnej” na „dokładność do 0,005 mm w wielu osiach, w utwardzonych stopach”.

Oto, co omówimy:

●   Jak precyzyjna obróbka CNC kształtuje elementy konstrukcyjne i funkcjonalne, na których polegają roboty

●   Które konkretne komponenty robotyki zależą od tolerancji na poziomie CNC

●   W jaki sposób możliwości wieloosiowego CNC radzą sobie ze złożonymi geometriami części

●   Gdzie obróbka CNC pasuje do różnych typów robotów

●   Co odróżnia standardową pracę CNC od wyników na poziomie robotyki

Jeśli kupujesz metalowe części do systemów robotycznych, różnica między robotem, który działa, a takim, który działa niezawodnie, zaczyna się właśnie tutaj.

Budowa szkieletu robota za pomocą obróbki CNC

Ciało robota składa się z wielu metalowych części, które muszą ze sobą płynnie współpracować, nawet pod presją, prędkością i wielokrotnym użyciem. To precyzyjna obróbka CNC przekształca surowy pręt metalowy w te części z precyzją, jakiej potrzebują roboty.

Oto, jak to jest ważne, w prostych słowach:

●   Szkielet robota tworzą elementy konstrukcyjne. Rama, płyty bazowe i łączniki ramion przejmują na siebie wszystkie obciążenia mechaniczne systemu robotycznego. Jeśli maszyna CNC nie będzie w stanie utrzymać tych powierzchni w poziomie i linii, robot z czasem zacznie gubić się i nabierze luzu w ruchu.

●   Wszystkie ruchome elementy są obsługiwane przez części funkcjonalne. Koła zębate, wały, sprzęgła i obudowy przegubów muszą się obracać, przesuwać lub blokować z minimalnym tarciem, aby zapewnić płynną pracę robota. Toczenie i frezowanie CNC zapewniają tym częściom gładkie wykończenie i dokładność niezbędną do powtarzalnego wykonywania zadań.

●   Elementy integracyjne łączą wszystkie systemy i utrzymują je na właściwym torze. Mocowania czujników, uchwyty enkoderów i obudowy złączy muszą idealnie pasować do elektroniki. Każdy niewielki błąd położenia zakłóci odczyty czujników i uszkodzi pętlę sprzężenia zwrotnego robota na głowie.

Części konstrukcyjne i funkcjonalne CNC

Wspólnym mianownikiem wszystkich trzech kategorii jest to, że produkcja komponentów robotycznych pozostawia praktycznie zerowe pole do odchyleń. Część, której pomiar na zacisku jest „wystarczająco dokładny”, może nadal spowodować utratę dokładności pozycjonowania robota po kilkuset cyklach.

Wskazówka: Podczas przeglądania rysunków części CNC dla zespołów robotycznych, zwróć szczególną uwagę na oznaczenia GD&T dotyczące rzeczywistego położenia i bicia. Te dwie tolerancje mają największy wpływ na to, jak dobrze część zachowuje się w ruchomym systemie.

Wieloosiowe CNC nadaje robotom złożoną geometrię

Części robotów rzadko występują w prostych kształtach. Obudowa złącza może wymagać wyprofilowanych kanałów wewnętrznych, kątowych powierzchni montażowych i gwintów, wykonanych w jednym elemencie. Tradycyjne 3-osiowe systemy CNC radzą sobie z niektórymi z tych zadań, ale wymuszają wielokrotną zmianę położenia przedmiotu obrabianego, a każda zmiana położenia wprowadza niewielki błąd.

W tym miejscu maszyny CNC 5-osiowe i 6-osiowe zmieniają równanie.

Dlaczego liczba osi ma znaczenie dla robotyki

Maszyna 5-osiowa może podejść do przedmiotu obrabianego praktycznie pod dowolnym kątem w ramach jednego ustawienia. Oznacza to:

●   Mniej ustawień, mniej błędów. Obróbka łącznika ramienia robota lub obudowy przekładni w jednym mocowaniu eliminuje błędy tolerancji ułożenia, wynikające z obracania i ponownego mocowania części. W przypadku precyzyjnej obróbki CNC z dokładnością ±0,005 mm jest to nie do zaakceptowania.

●   Podcięcia i detale wewnętrzne stają się możliwe. Wiele komponentów robotycznych wymaga zagłębionych kanałów, kątowych kieszeni lub zakrzywionych ścianek wewnętrznych, do których wrzeciono 3-osiowe fizycznie nie jest w stanie dotrzeć. Ruch wieloosiowy umożliwia wykonywanie tych detali bez konieczności wykonywania dodatkowych operacji, takich jak obróbka elektroerozyjna (EDM) czy ręczna obróbka wykańczająca.

●   Lepsza ciągłość powierzchni na częściach konturowych. Chwytaki robotyczne, segmenty ramion i niestandardowe efektory końcowe często mają gładkie, płynne powierzchnie, po których ścieżka narzędzia musi podążać bez pozostawiania widocznych śladów. Maszyna 5-osiowa utrzymuje narzędzie pod optymalnym kątem podczas całego cięcia, zapewniając czystsze wykończenie przy mniejszej liczbie przejść.

Właśnie dlatego obróbka CNC w robotyce w ciągu ostatniej dekady mocno przesunęła się w kierunku platform wieloosiowych. Geometria tego wymaga, a budżet tolerancji nie pozostawia miejsca na obejścia.

Jak każdy typ robota jest wyjątkowy pod względem potrzeb CNC

Nie każdy robot jest klonem – nie wszystkie poruszają się w ten sam sposób, nie podnoszą tych samych ładunków ani nie pracują w tym samym środowisku. Oznacza to, że wymagania dotyczące CNC mogą być bardzo zróżnicowane, w zależności od tego, do czego robot ma służyć.

1. Roboty przemysłowe

To są najwięksi gracze. Mówimy o ramionach spawalniczych, systemach pick-and-place i robotach taśmowych, które pracują bez przerwy przez cały dzień, przy ogromnym momencie obrotowym i wibracjach. Jeśli produkujemy części, które będą wykorzystywane w tego typu robotach, musimy skupić się na:

●   Wytrzymałe w odpowiednich miejscach – takich jak koła zębate, wały i przekładnie ślimakowe, które muszą radzić sobie z ciągłym obciążeniem obrotowym – i po prostu zużywają się znacznie mniej

●   Utrzymywanie stabilności dzięki obudowom połączeń i kołnierzom montażowym, które nie mogą się przesuwać pod wpływem powtarzających się uderzeń mechanicznych

2. Roboty usługowe i roboty AI

Roboty witające, asystenci domowi i roboty napędzane sztuczną inteligencją, które poruszają się na dwóch nogach, zazwyczaj pracują w dość oswojonym, mechanicznym środowisku. Co jednak dziwne, wymagania CNC w niektórych obszarach stają się bardziej wybredne, ponieważ roboty te są naszpikowane czujnikami i polegają na sprzężeniu zwrotnym z nich.

●   Superprecyzyjne mocowanie zestawów czujników, modułów kamer i uchwytów LiDAR, które przesyłają wszystkie te dane do mózgu robota

●   Tworzenie lekkich i przyjemnych w dotyku części ze stopu aluminium, dzięki czemu całość może się płynnie poruszać, a jednocześnie nie jest zbyt duża i trudna do utrzymania w dłoni

3. Roboty rolnicze

Roboty terenowe przez cały dzień zmagają się z kurzem, wilgocią, ekstremalnymi temperaturami i nierównym terenem. Obróbka CNC dla tych ludzi to przede wszystkim praca w terenie, a nie martwienie się o najdrobniejsze szczegóły.

●   Tworzenie części, które są w stanie wytrzymać trudne warunki panujące w takich materiałach jak stop aluminium czy obrobiona stal nierdzewna, a także takich, które są w stanie poradzić sobie z wodą i chemikaliami.

●   Prawidłowe wykonanie uszczelek, aby nie przeciekały na zewnętrzne części robota.

Zasadniczo produkcja CNC części do robotów nigdy nie jest rozwiązaniem uniwersalnym. Musimy dobrać odpowiedni proces, materiały i specyfikację, aby odpowiadały temu, co robot będzie faktycznie robił, gdy trafi do świata rzeczywistego.

Jak Fortuna buduje części robotyki skalowalnej z precyzją

Fortuna Przez większą część dwóch dekad firma tworzyła system produkcyjny dostosowany specjalnie do produkcji niezwykle precyzyjnych części metalowych. W przypadku robotyki oznacza to zakład, który może obsłużyć wszystko, od pojedynczego prototypu po ogromną serię produkcyjną, bez utraty precyzji.

Rodzaje części robotycznych, które produkujemy

Nasza oferta robotyki obejmuje wszystkie komponenty strukturalne, funkcjonalne i integracyjne , których potrzebują producenci robotów. Obecnie aktywnie produkujemy:

●   Części układów ruchu: przekładnie planetarne, złącza obrotowe, przekładnie ślimakowe, sprzęgła i wały, które umożliwiają niezwykle precyzyjny ruch ramion robota.

●   Elementy konstrukcyjne: płyty bazowe robota, łączniki ramienia, łączniki zespołu ramienia, obudowy połączeń i kołnierze montażowe przenoszące naprężenia mechaniczne — elementy, dzięki którym robot działa sprawnie i bez przeszkód.

●   Elementy kamer i elektroniki: obudowy czujników, uchwyty enkoderów, wsporniki modułów kamer i obudowy złączy, które chronią i pozycjonują bardzo czułe urządzenia elektroniczne.

●   Specjalistyczne komponenty: połączenia palczaste, niestandardowe chwytaki, części do zmieniaczy narzędzi, radiatory, szyny zbiorcze i sprężyny stykowe, dzięki którym każdy robot jest wyjątkowy.

3 kluczowe sposoby wykonania zadania

Precyzyjna obróbka CNC stanowi podstawę, ale uzupełniamy ją o dwa inne procesy, aby zapewnić producentom kompleksową obsługę w zakresie części do robotów:

●   Obróbka CNC z dużą liczbą osi przy użyciu 40 maszyn 5-osiowych i 2 maszyn 6-osiowych - wszystkie wyprodukowane w Japonii i wszystkie zapewniające błędy koncentryczności rzędu 0,005 mm w przypadku takich elementów, jak moduły połączeń robotycznych i podstawy czujników.

●   Postępowe tłoczenie , które umożliwia wykonanie całej pracy za jednym razem — wykrawanie, gięcie i formowanie w ramach jednej, płynnej operacji, która nadal pozwala na zachowanie tolerancji ±0,01 mm.

●   Nitowanie w formie, które łączy w sobie tłoczenie i mocowanie w jednym kroku - wewnątrz matrycy - pozwala wyeliminować błędy wtórne i osiągnąć 100 cykli na minutę.

Kontrola jakości od początku do wysyłki

Każda część robota przechodzi wielowarstwowy proces kontroli zanim opuści nasz zakład:

●   Analiza DFM na etapie projektowania w celu wykrycia zagrożeń, takich jak odkształcenia materiału i powstawanie zadziorów, jeszcze przed rozpoczęciem obróbki.

●   Kontrola pierwszego artykułu przy użyciu współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM) i urządzeń pomiarowych 2,5D w celu weryfikacji wymiarów względem specyfikacji na rysunkach.

●   Kontrole punktowe IPQC przeprowadzane są w zaplanowanych odstępach czasu w trakcie produkcji w celu wychwycenia wszelkich odchyleń od krytycznych wymiarów.

●   W celu automatycznej weryfikacji w linii zintegrowano kontrolę wizyjną CCD i pomiary optyczne 3D .

●   Pełne śledzenie danych każdej części, od partii surowca do ostatecznego odbioru.

To warstwowe podejście odróżnia produkcję komponentów robotycznych w Fortuna od produkcji w warsztatach CNC ogólnego przeznaczenia. Gdy wydajność robota zależy od tego, czy każda część spełnia swoje wymagania przez tysiące cykli roboczych, proces produkcji tych części musi być szczelny.

Podsumowanie CNC i robotyki

Roboty stają się coraz inteligentniejsze, szybsze i znacznie bardziej wydajne z każdą nową generacją. Ale żaden z tych wzrostów zaawansowania nie będzie miał znaczenia, jeśli części w nich umieszczone nie wytrzymają temperatury, dla której są budowane – dosłownie i w przenośni. Prawda jest taka, że ​​precyzyjna obróbka CNC to właśnie to, co faktycznie łączy zamysł projektantów z rzeczywistym działaniem części w świecie rzeczywistym.

Główne wnioski płynące z tego tekstu są dość proste:

●   Części robotyczne obejmują podstawy strukturalne, funkcjonalne i integracyjne - a każda z nich wiąże się z bardzo surowymi wymaganiami CNC, które muszą zostać spełnione.

●   Obróbka wieloosiowa stała się niemal standardem w robotyce, ponieważ, bądźmy szczerzy, skomplikowane części nie są w stanie poradzić sobie z błędami ponownego pozycjonowania.

●   Różne rodzaje robotów stawiają zupełnie inne wymagania procesowi CNC, od odporności na zużycie w ramionach fabrycznych po uzyskanie prawidłowego ustawienia na poziomie mikro w systemach sterowanych przez sztuczną inteligencję.

Branża robotyki będzie nadal dążyć do coraz bardziej rygorystycznych tolerancji, coraz lżejszych materiałów i coraz bardziej skomplikowanych projektów — a producenci, którzy budują swoją działalność wokół partnerów CNC, którzy już są na tym poziomie, będą mieli znacznie łatwiej ze skalowaniem produkcji i płynniejszą pracą w terenie.

Maksymalna wydajność Twojego robota zaczyna się od małej maszyny, która produkuje części.