Робот становится станком с ЧПУ

Современное обрабатывающее оборудование подразделяется на три основных класса.  

1. Самый многочисленный и представительный класс станки с ЧПУ.

2. Производственные комплексы на базе программируемых логических контроллеров (PLC).

3. Наименее многочисленный, но самый динамично развивающийся класс – робототехнологические комплексы (РТК), выполненные на базе промышленных роботов (см. рис 1).  При этом технические характеристики современных промышленных роботов достигли таких значений, что уже позволяют использовать их при таких технологических операциях, которые ранее выполнялись исключительно с помощью станков с ЧПУ.  Используя эти возможности, компания КUКА  Robotics первой среди производителей промышленных роботов стала развивать свою концепцию применения  промышленных роботов  в приложениях, традиционно считавшимися прерогативой станочного оборудования с ЧПУ (см. Рис. 1). 

Диаграмма "Мировой рынок обрабатывающего оборудования"

Ниже в таблице 1 приведены  только некоторые из отраслей и приложений, где в настоящее время с успехом используются обрабатывающие центры, выполненные на базе роботов.  

Таблица 1

Отрасль

Приложения

Аэрокосмическая отрасль

Сверление, обрезка, клепка, укладка слоев ленточных материалов…

Литейное производство

Обрезка литников и прибылей, фрезеровка, снятие заусенцев…

Деревообработка

Сверление, фрезерование, пиление, обработка кромок, полирование…

Обработка камня

Фрезерование, распиловка, шлифование, полировка…

Моделирование

Фрезерование, сверление…

Металлообработка

Резание, фрезерование, сверление, пиление…

Существенной отличительной особенностью таких РТК является то, что для разработки управляющих  программ не обязательно знать язык программирования роботов (в случае с KUKA –это  язык KRL). Система управления промышленными роботами «понимает» так привычные для программистов станков с ЧПУ СNC-коды. В настоящее время, в силу распространенности систем с ЧПУ наработан громадный технологический опыт использования 5-координатных машин в указанных выше приложениях, имеется значительное количество программных пакетов для различных технологических применений. Подавляющее  большинство таких пакетов на выходе дают  управляющие программы, сгенерированные в соответствии с набором команд DIN ISO Code (G-Code). Способность роботов KUKA работать с этими программами существенно облегчает освоение новых возможностей РТК для операторов и технологов, превращая робот, с точки зрения оператора или программиста-технолога, по сути в станок с ЧПУ. Однако, в отличие от станка с ЧПУ такое использование роботов обеспечивает дополнительный ряд преимуществ (cм. Таблицу 2).

Таблица 2

Робот становится станком

  • Полный набор команд  DIN ISO Code (G-Code)
  • Стандартные функции G,M,S,T,L
  • Дополнительные функции и команды
  • Комбинирование ЧПУ с сенсорикой робота

Огромная рабочая зона

  • Дешевизна по сравнению со станком
  • Высокая степень свободы
  • Гибкость в установке
  • Малые габариты занимаемой площади

Удобство использования

  • Прямой интерфейс с CAD/CAM системами
  • Выполнение G-кодов, нет необходимости в обучении операторов ЧПУ
  • Копирование программ

Высокая точность

  • Контроллер считывает большое количество точек вперед
  • Сплайн интерполяция
  • Различные компенсационные модули

Одним из наиболее распространенных видов ЧПУ машин являются машины для листообработки, выполненные на базе координатных столов. Чаще всего это портальные машины с числом степеней свободы 2, 3, реже 5 и предназначенные для различных видов резки, таких как лазерная, плазменная, гидроабразивная или газовая. И даже здесь, в листообработке, роботы уже находят применение, обеспечивая своим владельцам ряд очевидных преимуществ.  Научно-производственная компания «Альфа-Интех», являясь системным интегратором робото-технологических комплексов ведущих мировых производителей промышленных роботов KUKA Robotics и ABBRobotics, а так же имея 10 летний опыт разработки и производства портальных машин для листообработки, первая в России стала разрабатывать и предлагать установки для листообработки на базе роботов, «понимающих» обычные CNC-программы. В настоящее время мы можем предложить гидроабразивные, лазерные плазменные, и газовые РТК с размерами столов до 36 м и с  существенно большими функциональными возможностями, чем у аналогичных портальных установок.

Расширенные возможности обработки 3D заготовок

По сравнению с традиционно применяемыми 5-ти осевыми системами на базе координатных столов установки, выполненные с применением роботов-манипуляторов, при сопоставимых, а порой и меньших ценах, имеют больше возможностей для обработки 3D заготовок, за счет большей рабочей зоны, особенно по высоте, за счет большего числа вариантов крепления и позиционирования заготовки. Широкий модельный ряд промышленных роботов KUKA и ABB позволяет подбирать оптимальные конфигурации  установок гидроабразивной, лазерной, плазменной резки с точки зрения конкретных технологических требований заказчика и минимизации цены. Наличие  широкого ряда отработанных моделей устройств - позиционеров,  скоординировано работающих совместно с роботами, позволяет существенно расширить области применения роботизированных комплексов резки, включая пространственную резку трубопроводов, объемных деталей в автомобилестроении, судостроении, авиационной и космической промышленности, при утилизации и расcнаряжении боеприпасов, утилизации радиоактивных отходов и т.д., и т.п.

Гибкость в организации рабочего пространства

Первая ось робота, как правило, имеет диапазон движения от -180 до +180 градусов, что дает возможность организовать вокруг робота несколько рабочих зон, для работы с заготовками различных форм. Например, в случае с гидроабразивной резкой, одна из рабочих зон может использоваться для листообработки и ограничиваться рабочей  поверхностью ванны уловителя струи, другая рабочая зона может быть организована с противоположной стороны от ванны и при установке соответствующего позиционера может быть предназначена для обработки заготовок в форме фигур вращения (трубы, оболочки).

Высочайшая надежность

Ведущие фирмы-производители роботов-манипуляторов имеют более чем 30-летний опыт разработки, производства и эксплуатации своей продукции.  В настоящее время сотни тысяч промышленных роботов работают в различных уголках Земного шара в различных отраслях промышленности, выполняя самые разнообразные  работы. Массовость серийного выпуска роботов, при неизменно высокой культуре производства, обеспечили потрясающие показатели надежности. Время наработки на отказ современных роботов -манипуляторов составляет до 60 000 часов работы, что означает 7 лет непрерывной работы, а при реальных условиях эксплуатации, более 20 лет! Такие показатели существенно улучшают общую надежность систем с применением роботов, в том числе и установок ГАР.

Повышенная производительность

Скорость холостого хода роботов-манипуляторов составляет около 2 м/с, а иногда и до 5 м/с, что в несколько раз превышает скорость перемещения режущей головки на координатных столах, традиционно применяемых различных видах резания. В реальных приложениях это может дать увеличение производительности до 40%.

Повышенное качество обработки

Обычно на традиционных установках ГАР для компенсации конусности, свойственной гидроабразивной резке, применяют либо режимы резки с пониженной скоростью, либо специальные динамические головки для компенсации конусности реза, с возможностью поворота на углы около 10-12 градусов. Цена данных головок достигает 50 000 Евро, что соизмеримо со стоимостью целого робота. Естественная же для робота-манипулятора возможность поворота режущей головки по 5-ой и 6-той оси на углы от -190 до + 190  и от -360 до +360 с легкостью позволяет компенсировать конусность путем подворота режущей головки на требуемый угол к плоскости прореза без уменьшения скорости реза. В сочетании с точностью позиционирования 0,03 - 0,1 мм это обеспечивает высокое качество получаемых деталей при хорошей производительности.

Простота обслуживания

Минимальные требования по техническому обслуживанию роботов существенно упрощают эксплуатацию роботизированных комплексов резки.

Для того, чтобы специалисты более детально могли разобраться с особенностями РТК по сравнению  с установками на базе координатных столов, УРТЦ «Альфа-Интех» разработала специальную сравнительную таблицу. Данная таблица составлена применительно к установкам гидроабразивной резки, однако выводы, которые можно сделать из анализа данной таблицы, в значительной степени могут быть применены и к установкам  другого типа.

А главный вывод, который следует из данного анализа, таков:  При принятии решения о приобретении оборудования для листообработки для целей расширения или модернизации производства, необходимо в полной мере учитывать непрерывно возрастающие возможности робото-технологических комплексов, все чаще и чаще они становятся более эффективными по сравнению с традиционными решениями.

И конца этому процессу не видно.  Роботы  идут…

Промышленные робот выполняет функцию станков с ЧПУ