Робототехническое производство — это не просто конкретная операция механической обработки. Программа робота может включать в себя алюминиевые секции манипулятора, стальные монтажные пластины, чугунные основания, детали концевого захвата из нержавеющей стали, корпуса редукторов, кронштейны двигателей, опоры подшипников, крепления датчиков и мелкие прецизионные детали. Эти компоненты различаются по размеру, материалу, объему и допускам.
Поэтому выбор подходящего станка с ЧПУ для робототехнических компонентов определяется семейством деталей и способом производства, а не только отраслевой маркировкой. Для небольших алюминиевых кронштейнов может подойти сверлильно-нарезной центр. Вертикально-фрезерный станок может обрабатывать пластины и детали со смешанной призматической формой. Высокопроизводительный обрабатывающий центр может сократить время на переналадку корпусов. Пятиосевой станок может улучшить доступ к сложной геометрии манипулятора, шарнира или концевого захвата. Для больших оснований и рам может потребоваться портальный станок.
В этом руководстве показано, как преобразовать требования к деталям робота в спецификацию машины и процесса.
Станок с ЧПУ для производства роботизированных компонентов: сначала сегментируйте семейство деталей.
Сгруппируйте детали по материалу, корпусу, доступности элементов, допускам, годовому объему производства и маршруту настройки. Не следует требовать от одной машины выполнения всех роботизированных функций, если только в обосновании проекта не предусмотрена четкая необходимость такой гибкости. Выберите наименее сложную платформу, которая позволит повторять выполнение каждой приоритетной группы операций.
Компания Zhihe CNC включает робототехнику в число отраслей, обслуживаемых ее линейками вертикального, горизонтального, портального, сверлильно-нарезного, фрезерного и пятиосевого оборудования. Обзор продукции можно использовать в качестве отправной точки, но рекомендации следует основывать на чертеже.
Создайте матрицу семейств робототехнических устройств.
Создайте отдельную строку для каждого репрезентативного компонента и запишите:
- Название детали и подсистема робота.
- Материал, форма заготовки, размер сырья, размер готового изделия и вес.
- Критические базовые элементы, отверстия, посадочные места подшипников, монтажные поверхности, резьба и отделка.
- Количество обработанных поверхностей и угловых элементов.
- Текущее количество установок и этапов проверки.
- Годовой объем, размер партии, частота переналадки и целевой цикл.
- Текущие проблемы, связанные с браком, сроком службы инструмента, обработкой или производственными мощностями.
Разделите матрицу на несколько групп процессов. Это предотвратит искажение решения о выборе оборудования из-за большого объема производства кронштейнов и малого объема производства сложных соединений.
Типичные варианты установки роботизированных компонентов в станках
| компоновка машины | Типичная совместимость с робототехникой | Что нужно проверить |
|---|---|---|
| Центр сверления и нарезания резьбы | Небольшие алюминиевые пластины, крышки, кронштейны, крепления для датчиков, крепежные элементы с большим количеством отверстий. | Количество отверстий, нарезание резьбы, легкая фрезерная нагрузка, смена инструмента, стружка, объем партии |
| Вертикальный обрабатывающий центр | Монтажные пластины, кронштейны для двигателей, крепления, секции кронштейнов, детали призматической формы. | Ход перемещения, нагрузка на стол, диапазон шпинделя, необходимость в четвертой оси, гибкость переналадки. |
| Горизонтальный обрабатывающий центр | Корпуса редукторов, шарнирные соединения, гидравлические или пневматические коллекторы, многогранные отливки. | Вращательная зона, крепление, соотношение отверстий, грузоподъемность инструмента, стружкопадение, поддоны |
| Пятиосевой обрабатывающий центр | Сложные шарниры, изогнутые части манипулятора, угловые соединения, концевые захваты, прототипы | Поворотный доступ, кинематика, CAM/пост, вылет инструмента, контроль столкновений, калибровка |
| Портальный обрабатывающий центр | Крупные основания для роботов, рамы, длинные зажимные приспособления, негабаритные плиты, тяжелые конструкции. | Рабочая зона, нагрузка, габариты моста, режим работы шпинделя, фундамент, погрузочно-разгрузочные работы. |
Универсальный вертикально-фрезерный станок может стать отличным первым станком для выполнения смешанных работ. Не стоит использовать его исключительно для крупносерийного производства корпусов с многогранной заготовкой, если горизонтально-фрезерный станок позволяет исключить многократную обработку и перенос базовых элементов.
Изменение состава материалов влияет на стратегию обработки шпинделя и стружки.
В робототехнических деталях могут использоваться алюминий для уменьшения массы, сталь для прочности и износостойкости, чугун для демпфирования и оснований, нержавеющая сталь для коррозионной стойкости, а также конструкционные пластмассы для крышек или направляющих. Каждый материал предъявляет различные требования к скорости резания, крутящему моменту, охлаждающей жидкости, стружке, фильтрации и сроку службы инструмента.
Укажите ожидаемый процент часов работы шпинделя для каждой группы материалов. Высокоскоростной шпиндель, выбранный для обработки алюминия, должен обеспечивать приемлемый диапазон рабочих параметров и для обработки стали. Тяжелый станок, выбранный для обработки стальных оснований, может оказаться неэффективным для обработки тысяч небольших алюминиевых кронштейнов.
Когда одна машина должна обрабатывать несколько материалов, необходимо определить методы очистки и охлаждения, которые предотвратят смешивание стружки, загрязнение и проблемы с измерениями.
Взаимосвязи базовых элементов имеют значение в шарнирах роботов и корпусах редукторов.
Для подшипниковых посадочных мест, направляющих двигателя, отверстий для шестерен, монтажных поверхностей и расположения болтов может потребоваться контроль за соответствием параметров. Многократная переустановка может привести к ошибкам и увеличению объема работ по контролю качества.
Использование горизонтально-фрезерного станка (HMC) или пятиосевой конфигурации позволяет привязать больше элементов к одной базовой системе. Вертикально-фрезерный станок с четвертой осью также может сократить количество настроек для соответствующих деталей. Перед добавлением возможности поворота сравните фактическую карту поверхности и доступ к зажимным приспособлениям.
Предлагаемый станок следует протестировать с учетом взаимосвязей характеристик, влияющих на сборку роботом, люфт, выравнивание или срок службы. Не следует принимать простой тестовый блок, если сложная деталь содержит несколько отверстий и поверхностей.
Крепление заготовки должно обеспечивать гибкую переналадку.
Поставщики робототехники часто занимаются внесением изменений в конструкцию, созданием прототипов, пилотными сборками и увеличением объемов производства. Оснастка должна обладать достаточной повторяемостью для обеспечения качества и достаточной гибкостью для переналадки.
Рассмотрите модульные пластины, системы нулевой точки, стандартизированные компоненты позиционирования, специальные гнезда для стабильных деталей, изготавливаемых в больших объемах, и документированные последовательности зажима. Оптимальный выбор зависит от размера партии и частоты внесения изменений.
Для тонких алюминиевых деталей рычага необходимо контролировать деформацию и движение при снятии зажима. Для литых корпусов следует учитывать отклонения от исходного состояния. Для прецизионных деталей шарниров необходимо избегать попадания стружки на установочные поверхности и проверять деталь после снятия зажима.
Шпиндель, инструмент и емкость магазина следуют по маршруту.
Составьте список инструментов для каждой группы деталей. Включите черновую обработку, чистовую обработку, точечное сверление, сверление, нарезание резьбы, расточку, снятие фаски, зондирование, удаление заусенцев и вспомогательные инструменты. Работа с использованием робототехники может быстро заполнить целый журнал.
Проверьте скорость вращения шпинделя и крутящий момент в реальном рабочем диапазоне. Для небольших алюминиевых инструментов скорость вращения может быть оптимальным решением; для черновой обработки стали и сверления больших диаметров требуются крутящий момент и стабильность. Длинные инструменты для глубоких корпусов создают риск выступания шпинделя и вибрации.
Системы управления сроком службы инструмента и сопутствующие инструменты становятся ценными, когда предполагается, что производственный участок будет работать в автоматическом режиме или на нескольких паллетах. Включите в систему измерение параметров инструмента и обнаружение поломки инструмента, если автоматическое восстановление зависит от экономической целесообразности.
Проверка должна отражать функцию сборки.
Приемка оборудования должна быть связана с функциональностью детали робота. Необходимо определить размеры, влияющие на посадку подшипников, выравнивание редуктора, расположение двигателя, перпендикулярность соединений, повторяемость интерфейса и окончательную сборку.
Согласуйте оборудование для контроля качества и время измерений. Внутристаночное зондирование может проверить настройку и выявить отклонения, но для окончательной приемки может потребоваться координатно-измерительная машина, нутромер, высотомер, поверхностный тестер или другой независимый метод.
Измеряйте тонкие или подверженные напряжению детали после их извлечения из приспособления. Записывайте требования к температуре и стабилизации для работ с жесткими допусками.
Автоматизация становится ценной только после того, как процесс стабилизируется.
Производители робототехники, естественно, могут рассмотреть роботизированную загрузку, паллетные системы, автоматические двери, проверку наличия деталей, зондирование и контроль качества в процессе производства. Эти системы работают наиболее эффективно, когда оснастка, срок службы инструмента, контроль стружки, программа и контроль качества уже предсказуемы.
Определите период простоя и метод восстановления. Что происходит после износа инструмента, отсутствия заготовки, неудачного результата измерения, появления скола на локаторе или прерывания цикла? Автоматизация без планирования восстановления может привести к увеличению времени простоя.
Компания Zhihe CNC также поддерживает обсуждение вопросов, связанных с изготовлением нестандартных станков и автоматизацией . Запрос должен включать в себя описание процесса обработки деталей, ориентацию загрузки, буфер, целевой такт, контроль качества и обязанности оператора.
Планирование производственных мощностей: гибкость прототипирования против повторного производства.
В цехе по изготовлению прототипов важны доступность, скорость программирования, прозрачность и быстрая переналадка. На линии серийного производства ценятся эффективность использования шпинделя, количество паллет, вместимость инструментария, мониторинг процесса и минимизация ручной работы.
Оцените годовое количество часов работы шпинделя для каждой группы деталей. Добавьте затраты на загрузку, настройку, проверку, очередь, очистку, смену инструмента и плановое техническое обслуживание. Это покажет, является ли одной универсальной машиной, несколькими специализированными машинами или смешанным производственным цехом более выгодным вложением.
Используйте стоимость за единицу приемлемой детали, а не только время цикла. Более быстрый цикл может потерять свое преимущество, если он потребует больше переналадок, контроля качества, операторов или доработок.
Контрольный список покупателя
- Выберите от трех до пяти типичных роботизированных компонентов.
- Сгруппируйте их по материалу, типу оболочки, характеристикам, объему и способу установки.
- Обозначьте критически важные базовые элементы, посадки, отверстия, поверхности и требования к чистоте обработки.
- В соответствующих случаях сравните маршруты обработки на вертикально-фрезерных станках (VMC), горизонтально-фрезерных станках (HMC), пятиосевых станках, сверлении/нарезании резьбы и портальных станках.
- Смоделируйте зажимное приспособление, инструменты, зазор вращения, загрузку и траекторию движения стружки.
- Составьте полный перечень инструментов и перечень необходимых проверок.
- Автоматизацию следует внедрять только после того, как ручной процесс и план восстановления стабилизируются.
- Проведите репрезентативное исследование и задокументируйте цикл испытаний, качество, износ и проведенные мероприятия.
Распространенные ошибки при покупке
- Используя в качестве технической спецификации понятие «робототехника», следует отметить, что машина должна соответствовать реальным компонентам.
- Покупка одного станка для несовместимых семейств деталей. Для обработки большого количества мелких деталей и тяжелых оснований могут потребоваться разные платформы.
- Игнорируя изменения в конструкции. Гибкие возможности фиксации заготовок и программирования могут быть более ценными, чем узкоспециализированное приспособление.
- Автоматизация нестабильного процесса. В первую очередь необходимо контролировать образование стружки, срок службы инструмента, посадку детали и контроль качества.
- Проведение тестирования простой выборки. Испытание должно включать в себя анализ взаимосвязей характеристик и материалов, создающих риск.
- Недооценка точности метрологии. Точность станка, повторяемость оснастки, выпуск деталей и метод контроля — все это влияет на приемку.
Часто задаваемые вопросы
Какой станок с ЧПУ лучше всего подходит для изготовления деталей роботов?
Единой оптимальной компоновки не существует. Подбирайте станок в соответствии с группой деталей: сверление и нарезание резьбы для деталей с большим количеством отверстий, вертикально-фрезерный станок для обработки гибких призматических форм, горизонтально-фрезерный станок для многогранных корпусов, пятиосевой станок для сложных условий обработки и портальный станок для крупных конструкций.
Может ли одна машина обрабатывать детали из алюминия и стали для робототехники?
Часто да, но необходимо проверить диапазон скорости вращения шпинделя и крутящего момента, инструмент, охлаждающую жидкость, систему удаления стружки, очистку и ожидаемое соотношение времени работы шпинделя и часов работы. Компромиссный станок все равно должен хорошо справляться с приоритетными задачами.
Когда целесообразно использовать возможности пятиосевой системы?
Это имеет смысл, когда позволяет избежать важных настроек, сократить количество используемых инструментов, улучшить доступ или обрабатывать сложные контуры. Обоснование должно быть представлено типовыми чертежами и соответствовать годовому спросу.
Следует ли заказывать автоматизацию вместе с первой машиной?
Это возможно, при условии, что определены технологический процесс обработки деталей, оснастка, срок службы инструмента, контроль стружки, контроль качества и план утилизации. В противном случае, проектируйте станок и производственную ячейку с учетом последующей автоматизации.
Что должно быть включено в исследование?
Используйте реальные материалы и сложные элементы. Записывайте настройки, инструменты, цикл, ручное вмешательство, поведение стружки, износ инструмента, измерения после снятия зажима и любые ограничения процесса.
Запросить обзор семейства робототехники
Для выбора станка с ЧПУ для производства компонентов робототехники отправьте в компанию Zhihe CNC несколько типовых чертежей, данные о материалах и объеме, текущий маршрут настройки, критически важные параметры посадки, производственные ограничения и цели автоматизации. Запросите матрицу семейств деталей, рекомендации по станкам, план пробного производства и постатейное ценовое предложение через страницу контактов .
