Introduksjon
Feltet for robotikk med datastyrt numerisk styring (CNC) og automatisert maskinering har utviklet seg mye de siste årene. Adopsjonen av roboter i produksjonsteknologier er en viktig årsak til robotikkens nåværende suksess. CNC-maskinering har blitt en ledende teknologi.
Det er en viss overlapping mellom CNC-maskinering og robotmaskinering, selv om skillet blir stadig mer vagt. Produksjonssektoren kan høste enorme fordeler ved å integrere robotikk. I tillegg er CNC-produksjonsroboter (computer numeric control) det foretrukne valget for automatiserte løsninger i produksjonssektoren.
Med toleranser så nære som 4 μm er CNC-maskiner nøyaktige og presise. De spiller en avgjørende rolle i robotikksektoren, som har strenge kriterier for nøyaktighet og presisjon til maskinerte deler, takket være disse egenskapene. I tillegg har CNC-maskinering raske omløpstider, slik at du kan produsere et ferdig produkt i løpet av timer i motsetning til dager eller til og med uker med konvensjonell maskinering.
Hva er CNC-robotikk?
Når man snakker om robotprosesser som hjelper med datamaskinstyrt numerisk styrt maskinering (CNC), brukes begrepet «CNC-robotikk». En datamaskinstyrt robot er enhver høyteknologisk maskin som er laget spesielt for fabrikasjon. Slike maskiner fullfører autonomt en rekke oppgaver basert på forhåndsdefinerte instruksjoner. Disse robotene kan fungere autonomt i de fleste situasjoner.
Som et resultat av den økte automatiseringen som CNC-robotikk gir, kan produsenter pålitelig produsere og sende store mengder komponenter av høy kvalitet til en rekke bransjer. Robotintegrasjon med disse CNC-maskinene er nyttig, men CNC-maskinering brukes også til å lage komponenter til andre roboter.
Hvorfor velge CNC-maskinering for produksjon av robotdeler?
CNC-maskinering for spesialiserte robotapplikasjoner har mange fordeler, inkludert kostnadsbesparelser. Denne listen inkluderer følgende:
Økt hastighet
Det er allment kjent at CNC-maskinering kan redusere produksjonstidene for mange deler. Avansert datastyrte numeriske styringsmaskiner (CNC-er) kan øke produksjonstiden sammenlignet med mange konvensjonelle metoder. Dette sikrer raske iterasjoner og rask levering av spesialiserte robotkomponenter for et bredt spekter av bruksområder. Robotdeler kan lages ved hjelp av CNC-maskinering på så lite som én til tre dager, avhengig av størrelse og kompleksitet.
Dimensjonal nøyaktighet
Deler laget med CNC-maskinering kan produseres til minste detalj. Presisjon i produksjon er spesielt viktig innen robotikk, da det er viktig å oppnå små toleranser når man designer effektive roboter. Toleranser så små som +/- 0.0002 tommer er mulige med CNC-presisjonsmaskinering. Dermed kan man lage deler til roboter som kan bevege seg på presise, repeterende måter.
Kompatibilitet av materialer
CNC-maskinering kan brukes med en rekke metaller og plasttyper, noe som er en stor fordel i robotindustrien. For å kunne løfte og transportere varer på en sikker måte, må robotkomponenter bevege seg jevnt. Derfor trenger de materialer som er både robuste og stive, med et høyt styrke-til-vekt-forhold. For å lage CNC-komponenter for robotsektoren, må disse materialene være kompatible med CNC-maskiner.
Overflatebehandling
Overflatefinishen på robotens endedeler kan styres via CNC-maskinering. En overflateruhet på Ra 0.8 m eller mindre er avgjørende for friksjonsfri interaksjon mellom robotdeler. CNC-maskiner kan hjelpe til med å produsere slike komponenter. Det er mulig å forbedre ytelsen til komponenter laget med denne metoden ved å utføre ytterligere overflatebehandlingsprosedyrer på dem etter at de er produsert.
CNC-maskinering og robotikkindustri
Det har allerede blitt vist at bruk av roboter og CNC-maskinering (computer numeric control) deler lignende implementeringer. Å bruke CNC-komponenter i robotapplikasjoner er et smart trekk, med tanke på hvor mye automatisering hjelper når man bygger ting.
Vanlige CNC-robotdeler laget med CNC-maskinering
CNC robotarm
Dette er de viktigste komponentene i mekaniske armer som etterligner den menneskelige armen. CNC-robotarmer, som opprinnelig ble utviklet for bruk i støpeautomatisering, finnes i dag i en rekke enheter på tvers av bransjer. Fordi deres primære funksjon er transport, er de vanligvis konstruert av robuste materialer som stål, aluminium og visse polymerer.
Slutteffektor
Endeeffektorene i robotarmene er verktøyene roboten bruker for å manipulere og gripe gjenstander. Gripere, gripekloer, sugepumper og støvsugere er alle eksempler på dette allsidige verktøyet. Uansett om de er designet for å være nyttige eller ikke, er de alle produsert ved hjelp av CNC-maskiner.
Spesialiserte inventar og jigger
På grunn av behovet for å sikre deler mens roboter jobber med dem, er tilpassede jigger og beslag et vanlig krav for robotoperasjoner. Arbeidsstykker kan posisjoneres pålitelig og konsekvent ved bruk av festeanordninger. CNC-maskinering er den mest effektive metoden for å produsere disse unike delene til en rimelig pris.
Sensorer og kontroller
Sensorene og kontrollene i roboter og automatiseringsenheter er hjernen i operasjonen. Kretskort (PCB-er) er en integrert del av funksjonaliteten til disse delene. Tradisjonelt var kjemisk etsing den vanlige metoden for å lage kretskort (PCB-er), men vanskelighetene som ligger i denne prosessen unngås nå fullstendig takket være CNC-maskinering. I motsetning til kjemisk etsing kan CNC-maskineringsmetoden lage disse delene til nøyaktige spesifikasjoner uten bruk av potensielt farlige løsemidler.
Vanlige roboter brukt i CNC-maskinering
Leddede roboter
Disse robotene er de mest utbredte innen produksjon. Akser er den vanlige betegnelsen på rotasjonsleddene som finnes i dem. Leddmonterte roboter varierer fra beskjedne 2-aksede design til kompliserte 10-aksede design. Disse robotenes evne til å bevege seg uavhengig er garantert av det faktum at hver robotakse gir en separat frihetsgrad.
På grunn av økt mobilitet og tilpasningsevne er leddede roboter godt egnet til å manipulere et bredt spekter av arbeidsstykker i varierende former og størrelser. Noen vanlige bruksområder for slike roboter inkluderer:
Buesveising
Materialhåndtering
Deloverføring og pakking
Montering
Maskinlasting
SCARA roboter
Selective Compliance Articulated Robot Arm (SCARA) er i stand til å utføre raske, repeterende oppgaver. Enkelt sagt er disse robotarmene som menneskelige, bare raskere og mer presise. Den lille størrelsen på basene deres lar dem også bære moderate belastninger.
I tillegg til å sikre de ansattes velvære og redusere utgifter, øker også punktligheten og effektiviteten produktiviteten. Vanlige bruksområder for SCARA-roboter inkluderer:
Monteringsoperasjoner
Plukk og plasser
maskinering
emballasje
Inspeksjoner
Deltas robot
Disse industrirobotene er parallelle typer som brukes i høyhastighetsproduksjon. Skoene deres er trekantede på bunnen og spisse på toppen, derav navnet. De er vanligvis installert oppå transportbånd som frakter produkter langs samlebånd.
Konfigurasjonen og den mekaniske utformingen av deltaroboter er det som skiller dem fra konkurrentene. Deltarobotenes styrker utnyttes mye i en rekke vanlige sammenhenger, inkludert:
Montering
demontering
emballasje
Plukk og plasser
Sortering
Gantry eller kartesiske roboter
Det kartesiske koordinatsystemet (X, Y og Z) brukes av disse lineære industrirobotene til å bevege seg langs tre akser. På grunn av deres tilpasningsevne velges ofte portalroboter. Robotens nøyaktighet, størrelse, hastighet og slaglengde kan enkelt endres.
Rekkevidden og nyttelasten til kartesiske roboter er større enn deres heksapod-motparter. Derfor er de passende for bruk med tyngre arbeidsstykker enn vanlig. De kan brukes i en rekke sammenhenger, inkludert:
Montering
Lasting og lossing
Materialhåndtering
Plukk og plass systemer
Festing og skruing
emballasje
Skjæring – Laser og vannstråle
Forskjellen mellom CNC-roboter og CNC-maskiner
Disse to teknologiene er forskjellige fra hverandre i kvalitet og ytelse, men også i hvilke operasjoner de kan utføre. La oss sammenligne og kontrastere fem viktige aspekter for å hjelpe oss med å avgjøre:
Nøyaktighet
Hvis du vil vite hvor godt en maskin yter, er en av de viktigste egenskapene å se på hvor presist den kan maskinere. Industriroboter har nå en nøyaktighet på 0.1 til 0.2 mm takket være teknologiske fremskritt de siste årene.
I motsetning til dette kan nøyaktigheten til moderne CNC-maskiner være så høy som 0.02–0.05 mm. En sveitsisk dreiebenk kan produsere en del med en nøyaktighet på +/- 0.0002 mm. Fordi robotens presisjon er så avhengig av kalibrering, setter robotindustrien stor vekt på reproduserbarhet.
Allsidighet
Fleksibilitet er en viktig fordel med roboter. De gjør det enkelt å bytte gir og håndtere flere oppgaver samtidig. CNC-robotikk kan utføre alle maskineringsprosessene som konvensjonelle CNC-maskiner kan.
Disse robotene er i stand til å navigere en rekke vanskelige ruter. I mange tilfeller er tre eller fire frihetsgrader på en CNC-maskin tilstrekkelig for den aktuelle maskineringsoppgaven. Det kan imidlertid potensielt være begrensende. Industriroboter kan hjelpe, ettersom noen av dem har mer enn seks frihetsgrader. Dette lar deg maskinere nesten alle former du kan tenke deg.
Stivhet
Presisjon kompromitteres vanligvis av stivheten til maskinverktøy. Unøyaktige kutt gjøres av verktøy som bøyer seg når de kommer i kontakt med tøffe materialer. Roboters stivhet er mindre enn 1 Newton per mikrometer, noe som gjør dem mindre stive enn konvensjonelle CNC-maskinverktøy. Imidlertid er CNC-utstyr så stivt at stivheten måles til over 50 Newton per mikrometer.
Robotmaskinering er spesielt godt egnet til arbeid med bøyelige materialer som plast og tre. Stål og aluminium er ikke noe problem, men det er en sjanse for at motorene vil slå tilbake. Den resulterende delen kan bli utsatt for redusert presisjon som følge av dette.
Arbeidsområde
CNC-roboter har vanligvis et større arbeidsområde enn CNC-maskiner, men noen CNC-maskiner kan være ganske store. Vanligvis kan arbeidsvolumene til mellomstore industriroboter nå opptil 7 kubikkmeter. Som en ekstra bonus kan roboter få utvidet arbeidsområdet sitt ved ganske enkelt å feste en ekstern akse.
Prisgunstig
Det er en prislapp forbundet med å bruke enten roboter eller numeriske styringsenheter for datamaskiner. Roboter har imidlertid flere fordeler fremfor konvensjonelle maskinverktøy, inkludert større tilpasningsevne og mer arbeidsrom. De er allsidige nok til å utføre et bredt spekter av oppgaver på en rekke gjenstander. Derfor gir de økte fordeler til reduserte kostnader.
Kan CNC-robotikk erstatte CNC-maskiner?
CNC-produksjonsroboter, i alle former, har ikke klart å matche presisjonen og hastigheten til moderne CNC-maskiner. På grunn av sin tilpasningsevne kan roboter tjene mange formål. Imidlertid er datastyrte maskiner mer egnet for å produsere nisjekomponenter.
For å gjøre det enda verre, tilbyr CNC-fresemaskiner og sveitsiske dreiebenker overlegen hastighet og nøyaktighet som roboter rett og slett ikke kan matche ennå. Mangelen på stivhet eller stivhet er en betydelig ulempe fordi det begrenser hvor presist de kan arbeide med tøffe materialer.
Til tross for den økende populariteten, vil CNC-robotikk kanskje aldri kunne erstatte CNC-maskiner fullstendig. Mange bedrifter bruker imidlertid nå en hybridtilnærming, som gjør at de to systemene kan sameksistere fredelig og til og med øke produksjonen. CNC-maskiner utfører rutinemessige maskineringsprosesser, mens roboter utfører komplisert automatisering.
Fordeler med å bruke robotarmen som CNC-operatør
Flere og flere bedrifter bruker robotautomatisering som et supplement til CNC-maskiner som dreiebenker, freser og plasmaskjærere for å forbedre CNC-maskineringsprosessen og øke produktiviteten. Robotautomatisering i et datastyrt (CNC) verksted har mange fordeler, enten det brukes på en enkelt produksjonscelle eller hele anlegget.
Forbedret produktivitet og effektivitet
Roboter har potensial til å øke produktiviteten med 47 % per time sammenlignet med konvensjonelle metoder for skjæring, sliping og fresing. Det finnes flere måter et CNC-verksted kan forbedres på, men en av de mest fruktbare er gjennom tillegg av robotautomatisering.
Roboter kan jobbe uten å stoppe i timevis, og de trenger ikke pauser eller lunsj. Enkel lasting og lossing av komponenter reduserer nedetid ved å eliminere behovet for konstant service.
I mange tilfeller kan dagens frittstående robot-CNC-maskintendre behandle et bredere spekter av komponentstørrelser, ID-er og OD-er enn menneskelig arbeidskraft. Ikke-programmerere kan enkelt bruke robotene takket være deres menydrevne HMI-er med berøringsskjerm.
Det er bevist at roboter kan redusere syklustiden med 25 % ved hjelp av tilpassede automatiseringsløsninger. Det tar svært lite tid å bytte oppgaver når man bruker robotiserte arbeidsceller. Tidsbesparelser som disse gjør at bedrifter bedre kan møte kundenes behov og produsere små partier på en kostnadseffektiv måte.
Forbedret arbeidssikkerhet og trygghet
Det finnes en rekke sikkerhetstiltak innebygd i roboter som garanterer arbeidernes beskyttelse når de utfører viktige oppgaver. Bruken av roboter i visse operasjoner frigjør også folk til å fokusere på mer intellektuelt stimulerende gjøremål.
Hvis du har lite penger, kan du se etter tilbud på spesifikke typer autonome robot-CNC-maskiner. Disse tilbudene har lave startkostnader, er brukervennlige og krever ikke noe vedlikehold eller administrasjon fra eksperter.
Reduserte utgifter
Når robotautomatisering brukes, er utrullingstidene ofte ganske korte og svært effektive. Dette bidrar til å holde integrasjonskostnadene på et minimum.
Selvstendige robotstyrte CNC-maskintendere kan være en livredder for bedrifter med et begrenset budsjett. Maskintendere har en lav startkostnad, slik at fabrikker kan se rask avkastning på investeringen (ROI) uten å ofre produksjonen.
Selve tenderene krever ingen eksperthjelp for oppsett eller drift. I tillegg kan tendere raskt tas i bruk og tas i bruk på nytt på grunn av hvor enkelt de kan programmeres.
Enkel installasjon / Robust fleroppgavekjøring
Det er mulig for ikke-tekniske personer å sette opp en robotisert CNC-maskin-tender. Tenderen plasseres ganske enkelt foran CNC-maskinene, festes til gulvet og kobles til strøm og Ethernet. I de fleste tilfeller finnes det enklere installasjons- og driftsveiledninger som hjelper bedrifter med å sette opp ting med minimalt styr.
Roboter kan reparere flere maskinkomponenter samtidig, noe som er umulig med menneskelig arbeidskraft. En robot kan enkelt programmeres til å sette et arbeidsstykke inn i en maskin, og deretter under maskineringsprosessen kan den programmeres til å laste enda en maskin. Siden begge trinnene kan fullføres samtidig, er denne metoden også effektiv.
Forbedret fleksibilitet og effektivitet innen innleie
Noen ganger får bedrifter merkelige forespørsler om arbeid eller komponenter med variable krav. Dette kan være vanskelig, men med et robotautomatiseringssystem på plass trenger du bare å omskolere robotene og justere utstyret for å møte de nye kravene.
Automatiserte celler tar liten plass, men har en enorm produksjonskapasitet. På grunn av sine fleroppgavekjøringsevner kan de øke produksjonen og effektiviteten ytterligere. Som et resultat av denne forbedrede produksjonskapasiteten kan CNC-verksteder stole mindre på outsourcing, og i noen situasjoner til og med hente tidligere outsourcede produksjonsjobber tilbake internt.
Bedre kontraktspriser
Roboter i CNC-fabrikker opprettholder ensartethet i produksjonen. Dette har ført til bedre kontraktspriser ettersom bedrifter bedre kan forutse produksjonstider og kostnader.
Med hjelp av roboter er de årlige produksjonskontraktkostnadene nå lavere enn før, noe som har oppmuntret til en økning i kunder som er interessert i slike avtaler.
Sammendrag
Innen produksjon er CNC-robotikk (computer numeric control) det beste eksemplet på banebrytende teknologi. Kombinasjonen av CNC-maskiner og roboter bidrar til bemerkelsesverdige resultater i fabrikasjonen av deler. På samme måte som CNC-maskiner bidrar til produksjon av roboter for dine applikasjoner, bidrar også kombinasjonen av disse to teknologiene til dette. Det er fordeler med begge teknologiene, i tillegg til at de er sammenlignbare og avvikende på mange måter, men når de kombineres, gir de eksepsjonelle resultater.
