Bevezetés
A számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) robotika és az automatizált megmunkálás területe az elmúlt években jelentősen fejlődött. A robotok gyártástechnológiákba való bevezetése a robotika jelenlegi sikerének egyik fő oka. A CNC megmunkálás vezető technológiává vált.
Van némi átfedés a CNC megmunkálás és a robotizált megmunkálás között, bár a különbségtétel egyre homályosabb. A gyártóipar óriási előnyöket húzhat a robotika integrációjából. Ezenkívül a számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) gyártórobotok az automatizált megoldások elsődleges célpontjai a gyártóiparban.
A CNC gépek akár 4 μm-es tűréshatárokkal is pontosak és precízek. Kulcsfontosságú szerepet játszanak a robotikai szektorban, ahol szigorú kritériumok vannak a megmunkált alkatrészek pontosságára és precizitására vonatkozóan, ezeknek a képességeknek köszönhetően. Ezenkívül a CNC megmunkálás gyors átfutási idővel rendelkezik, lehetővé téve a késztermék előállítását néhány óra alatt, szemben a hagyományos megmunkálással eltöltött napokkal vagy akár hetekkel.
Mi az a CNC robotika?
Amikor a számítógépes numerikus vezérlésű megmunkálást (CNC) segítő robotikai folyamatokról beszélünk, a "CNC robotika" kifejezést használjuk. A számítógépes numerikus vezérlésű robot minden olyan csúcstechnológiás gép, amelyet kifejezetten gyártásra terveztek. Az ilyen gépek önállóan, előre meghatározott utasítások alapján különféle feladatokat látnak el. Ezek a robotok a legtöbb helyzetben képesek önállóan működni.
A CNC robotika által biztosított nagyobb automatizálásnak köszönhetően a gyártók megbízhatóan tudnak nagy mennyiségű, kiváló minőségű alkatrészt gyártani és szállítani számos iparág számára. A robotika integrációja ezekkel a CNC gépekkel hasznos, de a CNC megmunkálást más robotok alkatrészeinek gyártására is használják.
Miért érdemes CNC megmunkálást választani robotizált alkatrészek gyártásához?
A speciális robotikai alkalmazásokhoz készült CNC megmunkálás számos előnnyel jár, beleértve a költségmegtakarítást is. Ez a lista a következőket tartalmazza:
Megnövelt sebesség
Köztudott, hogy a CNC megmunkálás számos alkatrész gyártási idejét csökkentheti. A legmodernebb számítógépes numerikus vezérlésű gépek (CNC-k) felgyorsíthatják a gyártási időt számos hagyományos módszerhez képest. Ez gyors iterációkat és speciális robotikai alkatrészek gyors szállítását biztosítja széles körű felhasználáshoz. A robotalkatrészek CNC megmunkálással akár egy-három nap alatt is elkészíthetők, méretüktől és összetettségüktől függően.
Dimenziós pontosság
A CNC megmunkálással készült alkatrészek a legapróbb részletekig gyárthatók. A gyártás precíziója különösen fontos a robotika területén, mivel a hatékony robotok tervezésekor elengedhetetlen a szoros tűrések elérése. A CNC precíziós megmunkálással akár +/- 0.0002 hüvelykes tűrések is elérhetők. Így olyan alkatrészeket lehet készíteni robotokhoz, amelyek precíz, ismétlődő módon mozoghatnak.
Az anyagok kompatibilitása
A CNC megmunkálás számos fémmel és műanyaggal használható, ami hatalmas előny a robotikai iparban. Az áruk biztonságos emeléséhez és szállításához a robotalkatrészeknek simán kell mozogniuk. Ezért olyan anyagokra van szükségük, amelyek robusztusak és merevek, magas szilárdság-tömeg aránnyal. Ahhoz, hogy CNC alkatrészeket lehessen gyártani a robotikai szektor számára, ezeknek az anyagoknak kompatibilisnek kell lenniük a CNC gépekkel.
Felület kidolgozása
A robotizált végdarabok felületkezelése CNC megmunkálással kezelhető. A robotalkatrészek közötti súrlódásmentes kölcsönhatáshoz elengedhetetlen a 0.8 m vagy annál kisebb Ra felületi érdesség; a CNC gépek segíthetnek az ilyen alkatrészek előállításában. Az ezzel a módszerrel készült alkatrészek teljesítménye javítható a gyártás utáni további felületkezelési eljárásokkal.
CNC megmunkáló és robotikai ipar
Már bebizonyosodott, hogy a robotok és a számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) megmunkálás hasonló megvalósításokon megy keresztül. A CNC alkatrészek használata robotikai alkalmazásokban okos lépés, figyelembe véve, hogy az automatizálás mennyit segít az építés során.
CNC megmunkálással készült általános CNC robotalkatrészek
CNC robotkar
Ezek a mechanikus karok legfontosabb alkatrészei, amelyek az emberi kart utánozzák. Az eredetileg fröccsöntési automatizáláshoz kifejlesztett CNC robotkarok ma már számos iparágban megtalálhatók. Mivel elsődleges funkciójuk a szállítás, jellemzően robusztus anyagokból, például acélból, alumíniumból és bizonyos polimerekből készülnek.
End Effector
A robotkarok effektorai azok az eszközök, amelyeket a robot tárgyak manipulálására és megragadására használ. A megfogók, fogókarok, szívószivattyúk és porszívók mind példái ennek a sokoldalú eszköznek. Függetlenül attól, hogy hasznosnak tervezték-e őket vagy sem, mindegyiket CNC gépekkel gyártják.
Speciális szerelvények és szerszámok
Mivel a robotok munka közben rögzíteni kell az alkatrészeket, az egyedi szerszámok és szerelvények gyakori követelmény a robotműveletekhez. A munkadarabok megbízhatóan és következetesen pozicionálhatók a rögzítőelemek segítségével. A CNC megmunkálás a leghatékonyabb módszer ezen egyedi alkatrészek megfizethető áron történő előállítására.
Érzékelők és vezérlők
A robotokban és automatizálási eszközökben található érzékelők és vezérlők a működés agyai. A nyomtatott áramköri lapok (NYÁK-ok) szerves részét képezik ezen alkatrészek működésének. Hagyományosan a kémiai maratás volt a nyomtatott áramköri lapok (NYÁK-ok) gyártásának elsődleges módszere, de a CNC megmunkálásnak köszönhetően az ebben a folyamatban rejlő nehézségek ma már teljesen elkerülhetők. A kémiai maratással ellentétben a CNC megmunkálási módszerrel ezek az alkatrészek pontos specifikációk szerint állíthatók elő potenciálisan veszélyes oldószerek használata nélkül.
CNC megmunkálásban használt általános robotika
Csuklós robotok
Ezek a robotok a legelterjedtebbek a gyártásban. A tengelyek a bennük található forgócsatlakozások elnevezése. A csuklós robotok a szerény 2 tengelyes kivitelektől a bonyolult 10 tengelyes kivitelekig terjednek. Ezeknek a robotoknak az önálló mozgásképességét az garantálja, hogy minden robottengely külön szabadságfokot biztosít.
Megnövelt mobilitásuknak és alkalmazkodóképességüknek köszönhetően az artikulált robotok kiválóan alkalmasak különféle formájú és méretű munkadarabok széles skálájának kezelésére. Az ilyen robotok néhány gyakori felhasználási módja:
Ívhegesztő
Anyagmozgatás
Alkatrészátadás és csomagolás
Assembly
Gépi rakodás
SCARA robotok
A szelektív engedelmességű csuklós robotkar (SCARA) gyors, ismétlődő feladatok elvégzésére képes. Egyszerűen fogalmazva, ezek a robotkarok olyanok, mint az emberi karok, csak gyorsabbak és pontosabbak. Az alapjaik kis mérete lehetővé teszi számukra, hogy közepes súlyokat hordozzanak.
Amellett, hogy biztosítják az alkalmazottak jólétét és csökkentik a költségeket, gyorsaságuk és hatékonyságuk a termelékenységet is növeli. A SCARA robotok gyakori alkalmazásai a következők:
Összeszerelési műveletek
Fog és rak
megmunkálás
Csomagolás
Ellenőrzések
Deltas Robotic
Ezek az ipari robotok párhuzamos típusúak, amelyeket nagy sebességű gyártási műveletekben használnak. Cipőik alul háromszög alakúak, felül pedig hegyesek, innen ered a nevük is. Általában szállítószalagok tetejére szerelik őket, amelyek a termékeket az összeszerelő sorokon szállítják.
A delta robotok konfigurációja és mechanikai kialakítása különbözteti meg őket versenytársaiktól. A delta robotok erősségeit széles körben alkalmazzák számos gyakori környezetben, beleértve:
Assembly
szétszerelése
Csomagolás
Fog és rak
osztályozás
Portál- vagy derékszögű robotok
Ezek a lineáris ipari robotok a derékszögű koordinátarendszert (X, Y és Z) használják a három tengely mentén történő mozgáshoz. Alkalmazkodóképességük miatt gyakran választják a portálrobotokat. A robot pontossága, mérete, sebessége és lökethossza mind egyszerűen módosítható.
A derékszögű kartéziánus robotok hatótávolsága és teherbírása nagyobb, mint a hatlábú társaiké. Ezért alkalmasak a szokásosnál nehezebb munkadarabok megmunkálására. Különböző környezetben használhatók, többek között:
Assembly
Be- és kirakodás
Anyagmozgatás
Pick and place rendszerek
Csavarozás és csavarozás
Csomagolás
Vágás – Lézer és vízsugaras
CNC robotika és CNC gépek közötti különbség
Minőségükben és teljesítményükben különböznek egymástól, de a két technológia a műveletek elvégzésére is képes. Hasonlítsunk össze öt kulcsfontosságú szempontot, hogy könnyebben dönthessünk:
Pontosság
Ha tudni szeretné, hogy egy gép mennyire jól teljesít, az egyik legfontosabb szempont a megmunkálási pontosság. Az ipari robotok pontossága ma már 0.1–0.2 mm, köszönhetően az elmúlt évek technológiai fejlődésének.
Ezzel szemben a modern CNC gépek pontossága akár 0.02-0.05 mm is lehet. Egy svájci eszterga +/- 0.0002 mm pontossággal tud alkatrészeket gyártani. Mivel a robotok pontossága annyira függ a kalibrációtól, a robotikai ipar nagy hangsúlyt fektet az ismételhetőségre.
Sokoldalúság
A rugalmasság a robotok egyik legfontosabb előnye. Leegyszerűsítik a sebességváltást és több feladat egyidejű kezelését. A CNC robotika a hagyományos CNC gépekhez hasonló megmunkálási folyamatok mindegyikét el tudja végezni.
Ezek a robotok képesek navigálni számos nehéz útvonalon. Sok esetben egy CNC-gépen három vagy négy szabadságfok elegendő az adott megmunkálási feladathoz. Ez azonban korlátozó tényező lehet. Az ipari robotok segíthetnek, mivel némelyikük több mint hat szabadságfokkal rendelkezik. Ez lehetővé teszi szinte bármilyen elképzelhető forma megmunkálását.
A merevség
A szerszámgépek merevsége jellemzően rontja a pontosságot. A pontatlan vágásokat olyan szerszámok végzik, amelyek meghajlanak, amikor kemény anyagokkal érintkeznek. A robotok merevsége kevesebb, mint 1 Newton mikrométerenként, így kevésbé merevek, mint a hagyományos CNC szerszámgépek. A CNC-berendezések azonban olyan merevek, hogy merevségük meghaladja az 50 Newtont mikrométerenként.
A robotizált megmunkálás különösen alkalmas hajlékony anyagok, például műanyag és fa megmunkálására. Az acél és az alumínium nem jelent problémát, de fennáll a motorok visszaütőerejének veszélye. Ennek eredményeként a kapott alkatrész pontossága romolhat.
Munkaterület
A CNC-robotok jellemzően nagyobb munkaterülettel rendelkeznek, mint a CNC-gépek, de egyes CNC-gépek meglehetősen nagyok is lehetnek. A közepes méretű ipari robotok munkatérfogata jellemzően elérheti a 7 köbmétert. További előnyként a robotok munkaterének bővítése egyszerűen egy külső tengely csatlakoztatásával lehetséges.
Megfizethetőség
Mind a robotok, mind a számítógépes numerikus vezérlőeszközök használatának van egy költsége. A robotoknak azonban számos előnyük van a hagyományos szerszámgépekkel szemben, beleértve a nagyobb alkalmazkodóképességet és a nagyobb munkateret. Elég sokoldalúak ahhoz, hogy a legkülönfélébb feladatok széles skáláját ellássák a legkülönfélébb tárgyakon. Ezért nagyobb előnyöket biztosítanak alacsonyabb költség mellett.
Kiválthatják-e a CNC robotok a CNC gépeket?
A CNC gyártórobotok minden formájukban nem tudták elérni a modern CNC gépek pontosságát és sebességét. Alkalmazkodóképességük miatt a robotok számos célt szolgálhatnak. A számítógépes numerikus vezérlésű gépek azonban alkalmasabbak niche alkatrészek gyártására.
Ráadásul a CNC marógépek és a svájci esztergák olyan kiváló sebességet és pontosságot kínálnak, amelyet a robotok még egyszerűen nem tudnak felvenni. Merevségük vagy merevségük hiánya jelentős hátrány, mivel korlátozza, hogy milyen pontosan tudnak dolgozni a kemény anyagokkal.
Növekvő népszerűségük ellenére a CNC robotika talán soha nem lesz képes teljesen kiszorítani a CNC gépeket. Sok vállalkozás azonban ma már hibrid megközelítést alkalmaz, amely lehetővé teszi a két rendszer békés egymás melletti létezését, sőt, a termelés növelését is. A CNC gépek rutinszerű megmunkálási folyamatokat végeznek, míg a robotok bonyolult automatizálást végeznek.
A robotkar CNC-kezelőként való használatának előnyei
Egyre több vállalkozás alkalmaz robotizált automatizálást a CNC-gépek, például esztergák, marógépek és plazmavágók kiegészítésére, hogy javítsa a CNC megmunkálási folyamatot és növelje a termelékenységet. A számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) műhelyekben alkalmazott robotizált automatizálásnak számos előnye van, akár egyetlen gyártócellára, akár az egész létesítményre alkalmazzák.
Fokozott termelékenység és hatékonyság
A robotok óránként akár 47%-kal is növelhetik a termelékenységet a hagyományos vágási, csiszolási és marási módszerekhez képest. Számos módja van a CNC-műhelyek fejlesztésének, de az egyik leggyümölcsözőbb a robotizált automatizálás hozzáadása.
A robotok órákon át képesek megállás nélkül dolgozni, és nincs szükségük szünetekre vagy ebédidőre. Az alkatrészek egyszerű be- és kirakodása csökkenti az állásidőt azáltal, hogy kiküszöböli az állandó szervizelés szükségességét.
Sok esetben a jelenlegi szabadon álló robotizált CNC-gépszervizek szélesebb alkatrészméret-, belső azonosító- és külső átmérőtartományt képesek feldolgozni, mint az emberi munkaerő. A nem programozók is könnyen használhatják a robotokat a menüvezérelt, érintőképernyős HMI-knek köszönhetően.
Bizonyított tény, hogy a robotok az egyedi automatizálási megoldások használatával 25%-kal csökkenthetik a ciklusidőt. A robotizált munkacellák használatakor nagyon kevés időbe telik a feladatok váltása. Az ilyen időmegtakarítás lehetővé teszi a vállalkozások számára, hogy jobban kielégítsék ügyfeleik igényeit, és költséghatékony módon kis tételekben állítsanak elő termékeket.
Fokozott munkabiztonság
A robotokba számos beépített biztonsági intézkedés garantálja a munkavállalók védelmét alapvető feladataik ellátása közben. A robotok bizonyos műveletekben való alkalmazása lehetővé teszi az emberek számára, hogy intellektuálisan stimulálóbb tevékenységekre összpontosítsanak.
Ha szűkös a pénz, érdemes lehet figyelni bizonyos típusú autonóm robotizált CNC-gépekre vonatkozó ajánlatokra. Ezek az ajánlatok alacsony kezdeti költségekkel járnak, felhasználóbarátak, és nem igényelnek szakértői karbantartást vagy kezelést.
Csökkentett kiadások
Robotikus automatizálás alkalmazása esetén a telepítési idők gyakran meglehetősen rövidek és rendkívül hatékonyak. Ez segít minimalizálni az integrációs költségeket.
Az önálló robotizált CNC géptenderek életmentőek lehetnek a korlátozott költségvetéssel rendelkező vállalkozások számára. A géptenderek alacsony kezdeti költséggel rendelkeznek, így a gyárak gyorsan megtérülhetnek a befektetésükre (ROI) a termelés feláldozása nélkül.
Maguk a kisegítő eszközök nem igényelnek szakértői segítséget a beállításhoz vagy az üzemeltetéshez. Ezenkívül a kisegítő eszközök gyorsan telepíthetők és újra telepíthetők a könnyű programozásuknak köszönhetően.
Egyszerű telepítés / Robusztus multitasking
Nem műszaki beállítottságú személyek is beállíthatnak robotizált CNC-gép segédeszközt. A segédeszközt egyszerűen a CNC-gépek elé helyezik, a padlóhoz rögzítik, majd bekötik az áramellátást és az Ethernet-csatlakozást. A legtöbb esetben egyszerűbb telepítési és üzemeltetési útmutatók állnak rendelkezésre, amelyek segítenek a vállalkozásoknak a minimális erőfeszítéssel történő beállításban.
A robotok egyszerre több gépalkatrészt is képesek javítani, ami emberi munkaerővel lehetetlen. Egy robot könnyen programozható úgy, hogy egy munkadarabot egy gépbe tegyen, majd a megmunkálási folyamat során úgy is programozható, hogy egy másik gépet is betöltsön. Mivel mindkét lépés egyszerre elvégezhető, ez a módszer is hatékony.
Fokozott rugalmasság és belső beszerzési hatékonyság
A vállalkozások időnként szokatlan munkákra vagy változó követelményekkel járó alkatrészekre vonatkozó kéréseket kapnak. Ez nehéz lehet, de egy robotizált automatizálási rendszerrel egyszerűen csak át kell képezni a robotokat, és be kell állítani a berendezéseket az új követelményeknek való megfeleléshez.
Az automatizált cellák kis helyigényűek, mégis hatalmas termelési kapacitással rendelkeznek. Többfeladatos képességüknek köszönhetően még tovább tudják növelni a termelést és a hatékonyságot. A megnövelt termelési kapacitásnak köszönhetően a CNC-műhelyek kevésbé támaszkodhatnak a kiszervezésre, és bizonyos esetekben akár a korábban kiszervezett gyártási feladatokat is házon belülre hozhatják.
Jobb szerződéses árképzés
A CNC gyárakban található robotok biztosítják a termelés egységességét. Ez jobb szerződéses árakhoz vezetett, mivel a vállalkozások jobban tudják előre látni a gyártási időket és költségeket.
A robotok segítségével az éves termelési szerződéses költségek most alacsonyabbak, mint korábban, ami ösztönözte az ilyen jellegű megállapodások iránt érdeklődő ügyfelek számának növekedését.
Összegzésként
A gyártás területén a számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) robotika a legmodernebb technológia legjobb példája. A CNC gépek és a robotok kombinációja figyelemre méltó eredményeket hoz az alkatrészek gyártásában. Ahogyan a CNC gépek hozzájárulnak az alkalmazásokhoz szükséges robotok gyártásához, úgy e két technológia kombinációja is hozzájárul ehhez. Mindkét technológiának vannak előnyei, valamint számos módon hasonlíthatók össze és térnek el egymástól, de kombinálva kivételes eredményeket adnak.
