Robot

Alegerea robotului este esențială pentru o sarcină reușită de debavurare sau finisare a suprafeței. În timpul operațiunii de finisare, unealta și suportul trebuie să se miște într-o mișcare predefinită și să mențină un contact constant cu piesa de prelucrat. Pentru a realiza operația de finisare, robotul poate fi în modul de control al poziției, sau în modul de control al forței, în funcție de caracteristica piesei de prelucrat și de suportul care urmează să fie utilizat. Figura 2 ilustrează posibilele abordări pentru operația de finisare robotică.

Pentru metodele robotice de control al poziției, în care robotului i se comandă să transporte unealta sau piesa de prelucrat pentru a se deplasa pe o cale predefinită, repetabilitatea și acuratețea sunt două noțiuni importante. Un grad ridicat de repetabilitate asigură că traseul predat prin instruirea online poate fi redat suficient de bine pentru a îndeplini sarcina reală. Pe de altă parte, o acuratețe bună este importantă pentru cazul programării off-line, unde traseele robotice sunt programate pe baza desenelor CAD și robotul real trebuie să se deplaseze la poziția „exactă” în spațiu. Desigur, nivelul de repetabilitate și acuratețe necesare depinde de cerințele reale ale piesei de prelucrat. Dacă toleranța este mai puțin strictă, atunci un robot mai puțin exact poate fi utilizat în continuare împreună cu unele instrumente conforme care tratează eroarea de poziție într-o anumită măsură. Natura conformă a sculei sau a suportului va realiza contactul consistent între suport și piesa de prelucrat în timpul operației de finisare. Înțelegerea comportamentului (de exemplu, agresivitatea, rata de uzură a sculei etc.) sculei sau al suportului de finisare este factorul cheie, deoarece adâncimea adecvată a interferenței trebuie setată cu intervalul tolerabil de unealtă sau suport pentru o performanță optimă de finisare. În plus, traseul robotului trebuie compensat în mod corespunzător pentru a satisface uzura sculei și a suportului.

Roboții cu control al forței devin, de asemenea, din ce în ce mai ușor disponibili, iar un astfel de pachet de control al forței poate fi o opțiune bună atunci când vă decideți pentru un robot. Ei sunt integrați cu senzor de forță, iar unealta și suportul sunt atașate la manipulatorul robot prin intermediul senzorului de forță. Acești roboți sunt capabili să „detecteze” și să „simtă” în timp ce unealta se mișcă în jurul piesei de prelucrat, menținând în același timp forța sau presiunea dorită asupra piesei de prelucrat, obținând astfel o calitate finală bună. Pe baza semnalului de forță măsurat, robotul își poate schimba dinamic mișcarea pentru a îndeplini un anumit obiectiv. De exemplu, dacă semnalul de forță devine mai mare decât de obicei, ar putea însemna că există bavuri groase sau mai mult material în cale. Fie robotul va încetini atunci pentru a elimina bavurile sau materialul suplimentar, înainte de a continua cu restul traseului (Fig. 3), sau robotul va „sări” automat peste materialul suplimentar, dacă cerința este doar de a netezi marginile sau suprafața fără a fi nevoie să atingă un nivel constant (Fig. 4). Feedback-ul forței ajută, de asemenea, la reducerea erorii din cauza inexactității poziției, deoarece robotul va intra în contact cu piesa de prelucrat cu forța dorită, chiar dacă piesa de prelucrat a fost departe de traseul planificat.

O altă alternativă pentru operația de finisare robotică este prin modulul efectorului final suplimentar care este capabil să efectueze capacitatea de control al forței. Este denumit și controlul forței în jurul brațului robotului. În această abordare, manipulatorul robot va fi macro-poziționatorul, în timp ce modulul efectorului final acționează ca micro-poziționator cu capacitate de control al forței. Scula și suportul sunt atașate la modulul efectorului final pentru operația de finisare. Detaliile și alegerea modulului efectorului final de control al forței vor fi date în secțiunea următoare.

Tabelul 1 rezumă avantajele și dezavantajele abordărilor robotice de finisare.

Sarcina utilă a robotului este, de asemenea, un aspect important. În aplicațiile robotice convenționale, cum ar fi manipularea piesei de prelucrat, sarcina utilă este în mare parte greutatea piesei de prelucrat în sine. Însă, pentru debavurarea și finisarea robotică, forța suplimentară de prelucrare trebuie luată în considerare ca și sarcina utilă. De exemplu, dacă forța de prelucrare este de 100 N, atunci robotul trebuie să poată face față greutății axului/piesei de prelucrat (pentru robotul de ținere a sculei/piesei de prelucrat), precum și a forței de contact suplimentare de aproximativ 10 kg. Utilizatorul poate alege, de asemenea, între un robot cu legătură în serie mai abil și un manipulator paralel mai rigid, în funcție de forța de prelucrare necesară.

Alte caracteristici care trebuie luate în considerare atunci când se determină un robot includ atingerea, inerția, viteza maximă și accelerația. Merită menționată și disponibilitatea unui software de programare off-line de către producătorul de roboți, deoarece programarea off-line oferă o gamă largă de avantaje, inclusiv siguranță pentru programator și nu este nevoie de închiderea liniei de producție pentru instruirea traseului. Figura 5 oferă o privire de ansamblu asupra tuturor caracteristicilor robotului de care trebuie să țineți cont atunci când alegeți un robot.

Fig. 5 Puncte de luat în considerare atunci când alegeți robotul pentru lucrări de debavurare sau finisare

Un alt punct de luat în considerare la instalarea robotului este poziția de montare. Un robot fixat pe sol și în picioare este cea mai naturală poziție din punctul de vedere al programatorului uman, dar spațiul efectiv de lucru poate fi redus – de exemplu, piesa de prelucrat nu poate fi plasată prea aproape de robot; în caz contrar, unghiurile articulare pot fi apropiate de limite. De asemenea, robotul ar putea bloca calea omului. Alte posibilități includ montarea robotului pe perete sau cu capul în jos pe tavan, dar asta depinde dacă robotul poate fi poziționat în aceste moduri.

Efector final cu controlul forței

După cum s-a menționat mai devreme, o alternativă la un robot cu capacitate de control al forței este utilizarea unui efector final cu control al forței împreună cu un robot mai convențional care rulează în modul de control al poziției. Robotul transportă efectorul final și îl poziționează de-a lungul unui traseu, în timp ce efectorul final efectuează sarcina de control al forței – detectând forța și controlând expansiunea acesteia pentru a menține o forță corectă între unealtă și piesa de prelucrat (Fig. 6). Lucrurile de luat în considerare atunci când alegeți un efector final cu control al forței includ capacitatea sa de forță, rezoluția forței, momentul maxim de răsturnare, gradele de libertate (adică, numărul direcțiilor de forță pe care este capabil să le controleze), cursa în fiecare axă a forței, precum și lățimea de bandă de control a acesteia care determină viteza de reacție. Unii efectori finali vin și cu compensare de accelerație și gravitație, care sunt benefice pentru realizarea corectă a forţei de contact prin îndepărtarea forţelor de acceleraţie şi gravitaţie din semnalul detectat. Nu în ultimul rând, este de asemenea esențial ca efectorul final să poată comunica cu controlerul robotului, astfel încât mișcarea robotului, precum și acțiunea de control al forței a efectorului final să fie sincronizate.

Placă turnantă/șină

În afară de robotul în sine, o placă turnantă sau o șină poate fi și o extensie utilă. De exemplu, anumite margini ale unei piese de prelucrat nu pot fi la îndemâna robotului din cauza necesității de a răsuci articulațiile robotului într-o manieră incomodă pentru a obține orientarea necesară, dar dacă piesa de prelucrat poate fi rotită folosind placa rotativă astfel încât marginile să devină mai aproape de robot, atunci acesta poate fi capabil să debavureze aceste margini fără dificultate (Fig. 7). Un alt exemplu este cel al unei piese uriașe de prelucrat. O parte din aceasta poate fi dincolo de suprafața de lucru a robotului, dar dacă robotul stă acum pe o șină și este mutat în câteva poziții diferite, atunci piesa de prelucrat poate fi acoperită complet. Placa turnantă poate oferi și alte facilități – pentru caracteristicile cilindrice sau circulare ale unei piese de prelucrat, dacă piesa de prelucrat este staționară, atunci robotul trebuie să se miște într-o mișcare circulară, necesitând uneori o rotație uriașă a tuturor articulațiilor. Pe de altă parte, dacă piesa de prelucrat este montată pe placa rotativă de-a lungul axei de rotație, aceasta se poate roti în timp ce robotul stă nemișcat și efectuează debavurarea sau finisarea (Fig. 8).

Arbori

Pentru sarcina de finisare robotică, arborii atașați la capătul brațului robotizat trebuie să fie flexibili (dimensiuni mici pentru flexibilitatea spațiului operațional), durabili (grade ridicate de protecție împotriva contaminării) și ușoare (îndeplinesc limitele sarcinii utile ale robotului pentru a minimiza solicitarea sarcinii utile). Figura 9 prezintă clasificarea sistemelor de arbori potrivite pentru finisarea robotică.

În general, arborii convenționali pentru operațiunea de finisare robotică pot fi selectați fie dintre arbori pneumatici, fie electrici.

Arborele pneumatic care utilizează sistemul de antrenare cu aer este de obicei de dimensiuni mici, are un raport mare putere-greutate și este rentabil. Acest lucru oferă posibilitatea ca arborele pneumatic să fie utilizat în zone înguste, permițând unei scule mai mici și mai ușoare să îndeplinească sarcina. Puterea de ieșire tipică variază de la 0,1 la 1,2 CP cu viteză de până la 60.000 rpm, într-o direcție fixă ​​de rotație. Însă, puterea reală de ieșire a arborelui pneumatic este supusă variațiilor de alimentare cu presiune, precum și perturbărilor legate de proces.

Pe de altă parte, arborele electric s-ar putea să nu fie la fel de elegant ca arborele pneumatic când vine vorba de dimensiune și greutate, dar și-ar putea varia viteza și poate oferi o viteză constantă în cazul diferitelor viteze de avans a mișcării și a perturbărilor legate de proces. Aceasta oferă posibilitatea ca arborele electric să îndeplinească viteza optimizată a sculei și a suporturilor specifice. Puterea de ieșire tipică variază de la 0,2 la 30 CP cu viteză de până la 60.000 rpm, de obicei cu direcțiile de rotație în sensul acelor de ceasornic și în sens invers acelor de ceasornic.

Notă: Unii dintre arborii de foarte mare viteză care necesitau montare verticală rigidă sunt destinate mașinilor CNC și ar putea să nu fie potrivite pentru montarea pe manipulatorul robot.

Pentru operația de finisare robotică care implică mai multe suporturi de finisare în diferite procese sau etape de finisare, arborele cu funcționalitate de schimbare a sculei va îmbunătăți și mai mult timpul de ciclu al operației de finisare. În plus, arborele cu cap unghiular va crește nivelul de accesibilitate al suportului la caracteristicile de interes, în special acele caracteristici situate în spațiul restrâns. Deși sporește nivelul de accesibilitate, vine cu prețul greutății suplimentare.

Există, de asemenea, arbori care sunt capabili să ofere caracteristici de conformitate. Tipul obișnuit de natură conformă include complianța liniară (deflexia de-a lungul unei axe liniare sau a unei linii drepte), complianța radială (deflexia de-a lungul unei axe de rotație sau a unei raze) sau o combinație de complianță liniară și radială. Pentru o sculă conformă, „forța de contact” finală trebuie direcționată de-a lungul direcției de conformitate. Arborele cu complianță liniară (Odham 2007) este recomandat pentru suport în formă de con sau perii cupe, datorită rigidității sale mari perpendiculare pe forța de control. Arborele cu conformitate radială permite mișcarea de la o poziție centrală la 360^o de-a lungul unei raze de conformitate cu o forță de contact constantă. Când forța de contact este îndepărtată, arborele rotativ al sculei se va întoarce în centrul câmpului conform. Arborele cu complianța radială este recomandat pentru periile radiale și ajută la controlul sarcinilor laterale pe peria radială.

Scula și suportul

Operația de prelucrare va genera diferite condiții de margine pe piesele de prelucrat, în funcție de parametrii procesului de prelucrare, de starea tăietorului, etc. Operația de finisare ulterioară va pregăti piesele prelucrate pentru cerințele finale de finisare. Operațiunea generală de finisare robotică ar putea fi realizată prin patru pași majori, așa cum este ilustrat în Fig. 10, care sunt, de asemenea, detaliate în Tabelul 2.

În practica generală, selecția suporturilor de finisare depinde foarte mult de materialul pieselor de prelucrat, precum și de condițiile de intrare ale acestuia (de exemplu, înălțimea bavurilor, grosimea bavurilor etc.). Tabelul 3 enumeră unele dintre suporturile potențiale pe baza celor patru tipuri de materiale comune pentru piese de prelucrat.

În general, marginile sau suprafețele prelucrate de pe piesa de prelucrat pot fi clasificate în următoarele categorii majore ilustrate în Fig. 11. Uneltele și suporturile recomandate pentru finisarea robotică sunt enumerate în Tabelul 4.