Роботы против станков с ЧПУ: кто лидирует в современной обработке?

Роботизированная обработка отправляет станки с ЧПУ по пути динозавров! Но действительно ли роботы достаточно хороши для обработки?

Если вы еще не слышали, роботы — это новые станки с ЧПУ!

Могут ли традиционные станки с ЧПУ пойти по пути динозавров? (т.е. исчезнуть, а не стать франшизой на миллионы долларов, хотя я бы с удовольствием посмотрел «Мир ЧПУ 3»)

За последнее десятилетие роботы начали использоваться вместо традиционных станков для широкого круга задач: фрезеровка, полировка, снятие заусенцев, резка и др.

Но может ли роботизированная обработка действительно превзойти специализированные станки? Давайте разберемся.

Роботизированная обработка… правда?

Если идея роботизированной обработки нова для вас, вы можете быть скептичны. Роботы не славится жесткостью, которая обычно считается ключевым свойством станка с ЧПУ. Однако роботизированная обработка имеет огромные преимущества, которые могут перевесить этот недостаток.

Представьте: у вас огромный блок льда.

Вы хотите вылепить юмористическую ледяную статую директора для бизнес-ужина. Но у вас нет навыков — ни времени учиться ледяной скульптуре вручную. У вас есть доступ к цеху полному станков с ЧПУ, но все они слишком малы для блока льда.

Зато у вас есть робот.

Именно такое приложение идеально подходит для роботизированной обработки. Оно предполагает заготовку, слишком большую для традиционных станков, из относительно мягкого материала и со сложными траекториями, невыполнимыми на большинстве станков с ЧПУ. Поэтому роботизированная обработка особенно популярна для быстрого прототипирования.

Но вы можете подумать: «Это хорошо, но я не хочу резать лед. Мне нужна точная обработка нашего продукта. Подойдет ли роботизированная обработка мне?» Возможно.

Роботы против станков с ЧПУ: как они соотносятся

Сравним две технологии по 5 важным свойствам:

1. Точность

Точность обработки — наверное, главный параметр для оценки станка с ЧПУ. Если станок неточен, как создать качественный продукт?

Точность станков постоянно растет. Высококлассные модели достигают 20–50 микрон. Так называемый «самый точный токарный станок в мире» (создан в 2001 г., с тех пор не превзойден) имеет точность 0,2 микрона.

Точность роботов улучшалась в последние годы. Промышленные роботы можно откалибровать близко к их повторяемости. Например, робот KUKA KR210 с повторяемостью 100 микрон можно откалибровать до точности 200 микрон.

Важно помнить: точность робота зависит от качественной калибровки (как обсуждали в статье «Насколько точно автономное программирование?»). Поскольку калибровка зависит от пользователя, промышленность робототехники больше фокусируется на «повторяемости», чем на абсолютной точности.

Победитель: Станки с ЧПУ

2. Рабочая зона

По рабочей зоне существуют впечатляющие станки с ЧПУ. Я видел портальные станки больше слона. Но большинство имеют гораздо меньшую рабочую зону.

Промышленные роботы же часто имеют большую рабочую зону. Средний робот обеспечивает рабочий объем 7–8 куб. м. К тому же, можно легко добавить внешнюю ось и расширить зону еще больше.

Победитель: Роботизированная обработка

3. Универсальность

Пожалуй, главное преимущество роботов — их универсальность. Их легко переключать с задачи на задачу. Станки с ЧПУ отлично выполняют одну конкретную операцию: фрезеровку, точение, сверление и т.д. Робот умеет делать всё это и большее.

Роботы также могут двигаться по более сложным траекториям. Станки с ЧПУ обычно имеют 3 или 4 степени свободы (DoF). Этого достаточно для многих задач, но может быть ограничением. Почти все промышленные роботы имеют 6 DoF, что позволяет обрабатывать практически любую форму.

Победитель: Роботизированная обработка

4. Жесткость

Жесткость станка сильно влияет на точность. Инструмент с низкой жесткостью смещается при встрече с твердым материалом, вызывая неточный срез. Роботы обычно имеют гораздо меньшую жесткость, чем традиционные станки. Жесткость робота обычно менее 1 Н/мкм, тогда как у станков с ЧПУ часто более 50 Н/мкм.

Низко жесткие инструменты имеют низкие собственные частоты, что вызывает вибрации при контакте с материалом. Роботы имеют собственную частоту 10–20 Гц, против нескольких сотен или тысяч Гц у станков.

Роботизированная обработка легко справляется с мягкими материалами: пенопласт, дерево, пластик и т.д. Однако твердые материалы (сталь, титан) могут вызывать люфты в двигателях робота, снижая точность.

Победитель: Станки с ЧПУ

5. Экономическая доступность

И станки, и роботы могут быть дорогими. Но у роботов два четких преимущества: большая рабочая зона и универсальность. Возможность обрабатывать объекты практически любого размера, формы и сложности означает, что роботы могут дать больше ценности бизнесу за меньшие затраты.

Исследователи из Университета Монса (Бельгия) оценили, что робот на 30% дешевле станка с ЧПУ с такой же рабочей зоной.

Победитель: Роботизированная обработка

Заключение

Ответ на вопрос «Могут ли роботы превзойти станки с ЧПУ?» — определенное «Да».

Но с одной оговоркой: зависит от того, что означает «превзойти» для вашего приложения.

Если задача требует высокой точности и жесткости — станки с ЧПУ непобедимы. Если нужны универсальность, большая рабочая зона и доступность — роботизированная обработка — ваш выбор.

Как заставить роботизированную обработку работать для вас

Роботизированная обработка проста, если у вас правильное ПО для программирования. RoboDK включает встроенный инструмент обработки, который конвертирует CAM-файлы (ASM или G-код) в траекторию робота. Видео-демо инструмента доступно здесь.

RoboDK также поддерживает роботов, специально спроектированных для обработки (с повышенной жесткостью и точностью): Stäubli RX170 hsm, ABB IRB 6660, KUKA KR 500-3 (вариант Machine Tool). Их модели и сотни других доступны в Библиотеке роботов.

Планируете ли вы приобрести робота для задач обработки? Напишите в комментариях или присоединитесь к обсуждению в LinkedIn, Twitter, Facebook или Instagram.