A precíziós CNC megmunkálás szerepe a robotikai megoldások fejlesztésében

Egy robot minden mozgó alkatrészére vonatkozóan egy egyszerű elvárás vonatkozik: ugyanazt a mozgást, ugyanazzal a pontossággal, több ezerszer hiba nélkül végre kell hajtani. Ez az elvárás abban a pillanatban szertefoszlik, amikor egy illesztés, fogaskerék vagy érzékelőház kilép a mikron szintű tűréshatárból. A precíziós CNC megmunkálás az, ami ezt megakadályozza.

A robotkarok komplex kontúrozott felületeinek marásától a sebességváltó rendszerek milliméter alatti tengelyeinek esztergálásáig a CNC megmunkálás olyan méretvezérlést és anyagrugalmasságot biztosít a robotikai mérnökök számára, amelyhez egyetlen más gyártási módszer sem fogható ilyen léptékben. Ez a híd a CAD-modell és a funkcionális robot között, amely ismételhető pontossággal mozog, megfog és reagál.

És ahogy a robotok egyre fejlettebbek lesznek az ipari, szolgáltatási és mesterséges intelligencia által vezérelt alkalmazásokban, a CNC megmunkálással szemben támasztott követelmények a „megfelelően pontos”-ról a „0,005 mm-en belüli pontosságú, több tengelyen átívelő, edzett ötvözetekben”-re változtak.

Amit most tárgyalunk:

●   Hogyan formálja a precíziós CNC megmunkálás a robotok szerkezeti és funkcionális alkatrészeit

●   Mely konkrét robotikai alkatrészek függnek a CNC-szintű tűréshatároktól?

●   Hogyan kezelik a többtengelyes CNC képességei az összetett alkatrész-geometriákat?

●   A CNC megmunkálás illeszkedése a különböző robottípusokhoz

●   Mi különbözteti meg a hagyományos CNC-megmunkálást a robotikai minőségű kimenettől?

Ha robotrendszerekhez szerez be fém alkatrészeket, a működő robot és a megbízhatóan működő robot közötti különbség itt kezdődik.

Robot csontvázának építése CNC megmunkálással

Egy robot teste fém alkatrészek sokaságából áll, amelyeknek simán kell együttműködniük, még nyomás, sebesség és ismételt használat alatt is. A precíziós CNC megmunkálás az, ami a nyers fémrudat a robotok által igényelt pontossággal alakítja át ezekké az alkatrészekké.

Íme ennek a fontossága egyszerű szavakkal:

●   A robot gerincét szerkezeti elemek rögzítik. A váz, az alaplapok és a karok viszik el a robotrendszer összes mechanikai terhelését. Ha egy CNC-gép nem tudja ezeket a felületeket vízszintesen és egy vonalban tartani, a robot idővel elveszíti az útját, és mozgása holtjátékot okoz.

●   A mozgó alkatrészeket mind funkcionális alkatrészek kezelik. A fogaskerekeknek, tengelyeknek, csatlakozóknak és illesztési házaknak minimális súrlódással kell forogniuk, csúszniuk vagy rögzülniük ahhoz, hogy a robot folyamatosan működjön. A CNC esztergálási és marási műveletek biztosítják ezeknek az alkatrészeknek a sima felületet és a pontosságot, amelyre szükségük van az ismétlődő feladatok elvégzéséhez.

●   Az integrációs elemek összekötik az összes rendszert, és tartják a dolgokat a helyes úton. Az érzékelőtartóknak, az enkóderkonzoloknak és a csatlakozóházaknak tökéletesen illeszkedniük kell az elektronikához. Bármilyen apró pozícióhiba is elronthatja az érzékelők által mért értékeket, és a robot fején lévő visszacsatolási hurkot károsan befolyásolhatja.

Szerkezeti és funkcionális CNC alkatrészek

Mindhárom kategóriában közös vonás, hogy a robotikai alkatrészek gyártása szinte nulla eltérési lehetőséget hagy. Egy olyan alkatrész is, amelyik a tolómérőn „elég közel” méri a mért értéket, néhány száz ciklus után mégis elveszítheti a robot pozíciópontosságát.

Profi tipp: A robotikus összeszerelések CNC alkatrészrajzainak áttekintésekor fordítson nagy figyelmet a GD&T jelölésekre a valódi pozíció és az ütés tekintetében. Ez a két tűréshatár van a legnagyobb hatással arra, hogy egy alkatrész milyen jól teljesít egy mozgó rendszerben.

A többtengelyes CNC robotok komplex geometriáját adja

A robotikai alkatrészek ritkán fordulnak elő egyszerű formájúak. Egy illesztési házhoz kontúrozott belső csatornákra, ferde rögzítőfelületekre és menetes elemekre lehet szükség, mindezt egyetlen darabba megmunkálva. A hagyományos 3-tengelyes CNC-beállítások képesek ezek egy részét kezelni, de arra kényszerítik a munkadarab többszöri áthelyezését, és minden áthelyezés egy apró hibát okoz.

Itt változtatják meg az 5 és 6 tengelyes CNC gépek az egyenletet.

Miért fontos a tengelyek száma a robotikában?

Egy 5 tengelyes gép egyetlen beállítással gyakorlatilag bármilyen szögből megközelítheti a munkadarabot. Ez azt jelenti, hogy:

●   Kevesebb beállítás, kevesebb hiba. Amikor egyetlen befogással megmunkálunk egy robotkar-összekötőt vagy egy sebességváltó házát, kiküszöböljük a hossztűrésből adódó hibákat, amelyek az alkatrész átfordításából és újrarögzítéséből adódnak. A ±0,005 mm-es szintű precíziós CNC megmunkálásnál ez nem képezheti alku tárgyát.

●   Lehetővé válik az alámetszések és a belső jellemzők létrehozása. Számos robotikai alkatrészhez süllyesztett csatornákra, ferde zsebekre vagy ívelt belső falakra van szükség, amelyeket egy 3 tengelyes orsó fizikailag nem tud elérni. A többtengelyes mozgás lehetővé teszi ezeket a jellemzőket anélkül, hogy másodlagos műveletekre, például szikraforgácsolásra vagy kézi simításra lenne szükség.

●   Jobb felületi folytonosság a kontúrozott alkatrészeken. A robotmegfogók, karszegmensek és egyedi effektorok gyakran sima, áramló felületekkel rendelkeznek, amelyeket a szerszámpályának követnie kell látható lépcsőnyomok nélkül. Egy 5 tengelyes gép a szerszámot optimális szögben tartja a forgácsolás során, így tisztább felületet eredményez kevesebb menettel.

Pontosan ezért tolódott el a robotikai CNC-megmunkálás az elmúlt évtizedben jelentősen a többtengelyes platformok felé. A geometria megköveteli, a tűréshatárok pedig nem hagynak teret a kerülő megoldásoknak.

Hogyan egyediek minden robottípus CNC igényei?

Nem minden robot klón – nem mindegyik mozog ugyanúgy, nem emeli ugyanazokat a terheket, és nem dolgozik ugyanabban a környezetben. Ez azt jelenti, hogy a CNC-követelmények meglehetősen vegyesek lehetnek attól függően, hogy mit kell tennie a robotnak.

1. Ipari robotok

Ezek a nehézgépek. Hegesztőkarokról, pick-and-place rendszerekről és összeszerelő soros robotokról beszélünk, amelyek egész nap megállás nélkül, hatalmas nyomaték és rezgés alatt működnek. Ha olyan alkatrészeket gyártunk, amelyeket ilyen típusú robotokban fognak használni, a következőkre kell összpontosítanunk:

●   A megfelelő helyeken – például fogaskerekek, tengelyek és csigahajtások, amelyeknek állandó forgó igénybevétellel kell megbirkózniuk – egyre keményebbé válnak , és sokkal kevésbé kopnak.

●   Stabilitást biztosítanak az olyan illesztési házak és rögzítőperemek, amelyek nem mozdulnak el az ismételt mechanikai ütések alatt sem

2. Szolgáltatás és mesterséges intelligencia robotok

Az üdvözlő robotok, a háztartási asszisztensek és a két lábon vándorló mesterséges intelligenciával működő robotok általában meglehetősen szelíd mechanikus környezetben dolgoznak. Furcsa módon azonban a CNC-követelmények bizonyos területeken még szigorúbbakká válnak, mivel ezek a robotok tele vannak érzékelőkkel, és azoktól érkező visszajelzésekre támaszkodnak.

●   Szuperpontos rögzítés az érzékelőtömbökhöz, kameramodulokhoz és LiDAR konzolokhoz, amelyek az összes adatot a robot agyába táplálják

●   Könnyű és szép alkatrészeket készítünk alumíniumötvözetből, hogy az egész szerkezet szépen és simán mozoghasson anélkül, hogy túl nagy lenne a kezeléséhez

3. Mezőgazdasági robotok

A terepi robotok egész nap porral, nedvességgel, szélsőséges hőmérsékletekkel és egyenetlen tereppel küzdenek. A CNC megmunkálás ezeknél a robotoknál a terepi durva munkáról szól, ahelyett, hogy a finom részletek miatt aggódnának.

●   Olyan alkatrészeket készítünk, amelyek megbirkóznak a durva anyagokkal, mint az alumíniumötvözet és a kezelt rozsdamentes acél, és amelyek ellenállnak a víznek és a vegyszereknek.

●   A tömítések megfelelő beállítása, hogy ne szivárogjanak a robot külső részein.

Tehát alapvetően a robotikai alkatrészek CNC-megmunkálása soha nem egy univerzális megoldás. A folyamatot, az anyagokat és a specifikációt úgy kell megválasztanunk, hogy azok megfeleljenek annak, amit a robot valójában csinálni fog, amikor a való világba kerül.

Hogyan épít Fortuna méretarányos robotikai alkatrészeket precíziósan?

Fortuna közel két évtizedet töltött azzal, hogy egy kifejezetten szuperprecíziós fémalkatrészekhez szabott gyártórendszert hozzon létre. A robotika esetében ez egy olyan létesítményt jelent, amely az egyszeri prototípusoktól a hatalmas gyártási sorozatokig mindent képes kezelni, mindezt anélkül, hogy a pontosság egy centiméterét is feláldozná.

Az általunk gyártott robotikai alkatrészek típusa

Robotikai termékeink lefedik az összes olyan szerkezeti, funkcionális és integrációs szintű alkatrészt, amelyre a robotgyártóknak szükségük van. Jelenleg pedig aktívan gyártjuk a következőket:

●   Mozgásrendszerek alkatrészei: Ezek bolygóműves sebességváltók, forgócsatlakozók, csigakerekek, tengelykapcsolók és tengelyek, amelyek a robotkarokat szuperpontos módon mozgatják.

●   Szerkezeti elemek: Robot alaplapok, karösszekötők, karszerelvény-összekötők, illesztési házak és rögzítőperemek, amelyek felveszik a mechanikai terhelést – ezek azok az elemek, amelyek a robotot működőképes állapotban tartják.

●   Kamera- és elektronikai alkatrészek: Szenzorházak, kódoló tartók, kameramodul-konzolok és csatlakozóházak, amelyek védik és pozicionálják a szuperérzékeny elektronikát.

●   Speciális alkatrészek: ujjillesztések, egyedi megfogók, szerszámváltó alkatrészek, hűtőbordák, gyűjtősínek és érintkezőrugók, amelyek minden robotot egyedivé tesznek.

A 3 legfontosabb módszer, amellyel elvégezzük a munkát

A precíziós CNC megmunkálás az alap, de ezt két másik folyamattal is kiegészítjük, hogy a gyártók egy helyen beszerezhessék a robotikai alkatrészeket:

●   CNC megmunkálás rengeteg tengellyel 40 darab 5-tengelyes és 2 darab hattengelyes géppel – mindegyik japán gyártmányú, és mindegyik 0,005 mm-en belüli koncentrikus hibát produkál olyan dolgokon, mint a robotikus illesztési modulok és az érzékelő alapzatok.

●   Progresszív stancolás, amely egyetlen menetben elvégzi a munkát – lyukasztás, hajlítás és alakítás egyetlen, zökkenőmentes műveletben, miközben mindent ±0,01 mm-es tűréshatáron belül tart.

●   A szerszámon belüli szegecselés, amely egyetlen lépésben – a szerszám belsejében – egyesíti a sajtolást és a rögzítést, kiküszöböli a másodlagos hibákat, és lehetővé teszi a percenkénti 100 ciklus elérését.

Minőségellenőrzés a kezdetektől a szállításig

Minden robotikai alkatrész egy többszintű ellenőrzési folyamaton megy keresztül, mielőtt elhagyja létesítményünket:

●   DFM-elemzés a tervezési szakaszban, hogy még a megmunkálás megkezdése előtt azonosítsa az olyan kockázatokat, mint az anyagdeformáció és a sorjaképződés.

●   Első cikk ellenőrzése koordináta-mérőgéppel és 2,5 dimenziós mérőeszközökkel a méretek rajzi adatokkal való ellenőrzéséhez.

●   IPQC szúrópróbaszerű ellenőrzéseket végeznek ütemezett időközönként a gyártás során, hogy kiszűrjék a kritikus méretek esetleges eltéréseit.

●   A CCD-s képfeldolgozás és a 3D-s optikai mérés integrálva van a gyártósorba az automatikus ellenőrzés érdekében.

●   Teljes körű adatkövetés minden alkatrészen, a nyersanyag-tételtől a végső átvételig.

Ez a rétegzett megközelítés különbözteti meg a robotikai alkatrészek gyártását a Fortuna-es méretekben az általános célú CNC-műhelyektől. Amikor a robot teljesítménye attól függ, hogy minden alkatrész több ezer működési cikluson keresztül megtartsa a specifikációját, az alkatrészek mögötti folyamatnak légmentesen záródónak kell lennie.

A CNC és a robotika lényege

A robotok minden új generáció megjelenésével egyre okosabbak, gyorsabbak és egyre nagyobb képességekkel rendelkeznek. De ennek a kifinomultságnak semmi sem lesz értelme, ha a bennük lévő alkatrészek egyszerűen nem bírják a hőt, amire építik őket – szó szerint és átvitt értelemben is. Az igazság az, hogy a precíziós CNC megmunkálás az, ami valójában áthidalja a szakadékot a tervezők elképzelései és az alkatrészek valós teljesítménye között.

A darab főbb tanulságai meglehetősen egyszerűek:

●   A robotizált alkatrészek szerkezeti, funkcionális és integrációs alapokat is lefednek – és mindegyikhez rendkívül szigorú CNC-követelmények tartoznak, amelyeket teljesíteni kell.

●   A többtengelyes megmunkálás gyakorlatilag a robotika szabvánnyá vált, mert valljuk be, az összetett alkatrészek nem tolerálják a fekvő helyzetben fellépő áthelyezési hibákat.

●   A különböző típusú robotok teljesen eltérő követelményeket támasztanak a CNC-folyamattal szemben, legyen szó akár a gyári karok kopásállóságáról, akár a mikroszintű beállításról mesterséges intelligencia által vezérelt rendszerekben.

A robotikai ipar egyre szigorúbb tűréshatárokat, könnyebb anyagokat és egyre bonyolultabb terveket fog szorgalmazni – és azok a gyártók, akik olyan CNC-partnerek köré építik üzleti tevékenységüket, akik már ezen a szinten vannak, sokkal könnyebben tudják majd növelni a termelést és gördülékenyebben működni a terepen.

A robot teljesítményének plafonja azzal a kis géppel kezdődik, amely az alkatrészeket gyártja.