Робот становится станком с ЧПУ

Современное обрабатывающее оборудование подразде­ляется на три основных класса. Первый, самый многочисленный и представительный класс – станки с ЧПУ. Второй – производст­венные комплексы на базе программируемых логических контроллеров (PLC). И третий – наименее многочисленный, но самый динамично развивающийся класс – робото-технологические комплексы (РТК), выполненные на базе промышленных роботов (рис. 1).

При этом технические характеристики современных промышленных роботов достигли таких значений, которые позволяют использовать их при технологических операциях, ранее выполнявшихся исключительно с помощью станков с ЧПУ. Используя эти возможности, компания КУКА Robotics – первая среди производителей промышленных роботов стала развивать свою концепцию их применения в приложениях, традиционно считавшихся прерогативой станочного оборудования с ЧПУ (рис. 1). Ниже в таблице 1 приведены только некоторые из отраслей и приложений, где в настоящее время с успехом используются обрабатывающие центры, выполненные на базе роботов.

Рис. 1 Мировой рынок обрабатывающего оборудования

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…

Таблица 2

Робот становится станком

Полный набор команд   DIN ISO Code (G­Code)

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 G­кодов, нет необходимости в обучении операторов ЧПУ

Копирование программ

Высокая точность

Контроллер считывает большое количество точек вперед

Сплайн интерполяция

Различные компенсационные модули

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 робота «понимает» 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 (таблица 2).

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, 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 KUKA Robotics и ABB Robotics, а также, 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. Это происходит 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.

Таблица 3

Сравнительная таблица характеристик РТК и установок гидроабразивной резки на базе координатных столов (KC)

N п/п

Свойство/ Эксплуатационная характеристика

РТК

КС

РТК

КС

Примечание

1

Размеры рабочей зоны (м)

типичные размеры порядка ­ 2х2х1; 1,5х3х1; с дополнительным треком 2х12*1;  2,5х20*1;

типичные размеры 2х3х0,3 максимальные­3х18х0,5

+

­Превосходство РТК по высоте рабочей зоны. Максимальная высота зоны КС как правило на 5­ти координатных установках

2

Скорость перемещения на холостом ходу (м/мин)

60­120,  до 300 при необходимости

12­40

+

­ Повышенная скорость перемещения режущей головки на холостых ходах РТК до 2м/сек. существенно  увеличивает производительность

3

Повторяемость положения

0.03­0.17 мм

0.025­0,15 мм/м

­+

Для робота – это величина для всей зоны досягаемости. Для КС отнесенная к метру перемещения. На скоростях, типичных

для гидрорезки (до 2000  мм/мин),

точность для РТК ближе к меньшему значению. С учетом нестабильности параметров гидроабразивной струи точность 0,025 имеет смысл только

в очень узком круге приложений

4

Число осей

6

2;3;5

+

­5

Возможность резки

3D объектов

всегда

только на 5­ти координатной машине

+

­6

Возможность динамической компенсации конусности реза

всегда

только на 5­ти координатной машине  или машине со специальной динамической головкой

+

­7

Уровень развития технологического ПО

технологический опыт, наработанный на КС, не полностью использован на РТК

Большой технологический опыт. Разнообразие ПО

­+

8

Гибкость построения производственных ячеек

Очень высока

Отсутствует. Конфигурация ячейки изначально предопределена конструкцией

+

­В зависимости от потребности производства РТК может содержать в себе различные виды позиционеров, треков, удерживающих устройств, под управлением контроллера робота могут работать множество механизмов, датчиков и т.п. Конфигурация РТК при необходимости может быть легко перестроена

9

Опции

9.1

Динамическая режущая головка

Естественная возможность любого робота­манипулятора

Дорогостоящая опция

+

­Для реализации динамической компенсации на роботе требуется только ПО, тогда как для КС требуется и аппаратная и программная часть стоимостью около 50 000 Euro

9.2

Управляемая ось Z

Естественная возможность любого робота­манипулятора, обычный диапазон по Z 1м и больше

Опция, диапазон по Z как правило в пределах 0,5 м, чаще 0,3 м

+

­9.3

Защита от столкновений

Стандартная возможность любого робота­манипулятора

Опция, стоимостью 1200­2000 Еuro

+

­9.4

Количество режущих голов

1, как правило

1, как правило, но известны установки с кол­вом голов до 8­12

­+

9.5

Позиционеры

Широкая номенклатура

Не используются

+

­Позиционеры в РТК скоординированы с движением робота

9.6

Организация дополнительных зон реза (нулевые точки)

Возможно задание не менее 10 пользовательских систем координат, по­разному расположенных в пространстве

На некоторых КС предусмотрена программная возможность реализации нескольких (4­8) нулевых точек, лежащих в одной плоскости

+

­10

Надежность

 Наработка на отказ ­60000 часов.

Очень отличается в зависимости от производителя. Как правило не указывается

+

­11

Ценовой уровень систем позиционирования

35 000­60 000 Euro в зависимости от зоны досягаемости

20 000­ 30 000 на простых системах 70 000 ­ 100 000 на 5­ти координатных системах

­ +

+ ­

Если требуется только плоский рез без динамической компенсации РТK проигрывает по цене. В случае 3D или (и) динамической компенсации ­ выигрывает

12

Организация сервисного обслуживания

в РФ имеются подразделения наиболее известных производителей роботов с их культурой сервисного обслуживания. Кроме того, обслуживание конечного потребителя осуществляется интеграторами данных компаний, т.е непосредственными разработчиками и производителями конечных приложений

Ведущие производители не имеют своих подразделений в РФ, работают через представительства или дилеров. Обслуживающие организации не являются ни разработчиками, ни производителями

+

­13

Известность в среде производственников и квалификация эксплуатирующего персонала

Недостаточная известность, практическое отсутствие квалифицированного эксплуатирующего персонала

Известность систем с КС,

в том числе в других приложениях (плазменная и лазерная резка, мехобработка), квалифицированный персонал имеется, но недостаточно

­+

Гибкость в организации рабочего пространства

Первая ось робота, как правило, имеет диапазон движения от -180 до +180°, 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 во всех 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, 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 при различных видах резания.  В реальных приложениях это может дать увеличение производительности до 40%.

Обрабатывающий центр на базе РТК KUKA

Повышенное качество обработки без уменьшения производительности (применительно к установкам гидроабразивной резки). 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 до 10 - 12°. 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 могли более детально разобраться с особенностями РТК по сравнению с установками на базе координатных столов, НПК «Альфа-Интех» разработала специальную сравнительную таблицу (таблица 3). Она 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 листообрабатывающего оборудования для 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… Идут к новому технологическому укладу, привнося в производство надежность, гибкость, высокое качество и производительность.

Анатолий Перепелица

генеральный директор ООО НПК «Альфа-Интех»

454036,РФ, г.Челябинск

Свердловский тракт, д. 1 Ж, оф. 402

Тел. (351) 210-51-56

Тел.\факс (351) 210-51-55

info@alpha-intech.com, www.alphajet.ru

td style=/trwidth:42px;height:42px;

<"