Инженер достиг чистой, безпыльной гравировки роботом с помощью RoboDK

Можно ли действительно достичь безпыльной гравировки роботом? Один студент университета использовал RoboDK и кастомный концевик для робототехнического фрезерования без заполнения мастерской опилками. Вот как они это сделали.

Гравировка — все более популярная задача в производстве. Кастомизация становится нормой для многих разных продуктов, и гравировка позволяет производителям легко добавлять кастомные логотипы и дизайны на свои продукты. Робототехническая гравировка — легкий способ повысить ценность продукта с очень малыми дополнительными усилиями.

Один студент немецкого университета разработал систему для гравировки дерева с использованием робототехнического фрезерования и коллаборативного робота в RoboDK. Особенно интересно в этом проекте то, что он включает специализированный концевик для избежания генерации слишком большой пыли и опилок.

Представляем… Ян Гозедопп

Проект был разработан несколько лет назад студентом Яном Гозедоппом как часть его бакалавриата инженерии в Университете прикладных наук Хамм-Липпштадт в Германии.

Мы пишем об его проекте сейчас, потому что робототехническая гравировка выглядит готовой стать очень популярной в ближайшем будущем. Например, кто-то из производителя Universal Robots недавно упомянул, что они думают добавить гравировку дерева в свой постоянно растущий список коллаборативных робототехнических приложений.

Проект Гозедоппа включал программирование Universal Robot и разработку кастомного гравировального концевика, который мог удалять пыль.

Как гравировка дерева обычно выполняется

Как и во многих операциях обработки, традиционный способ достижения автономной гравировки — с выделенным станком с ЧПУ.

Эти станки легко найти, и на рынке много конкурирующих вариантов. Однако они обычно негибки — каждая модель подходит только для одного определенного типа гравировки. Если вы хотите переключиться на другой гравировальный процесс, вам может потребоваться купить совершенно другой станок.

Программирование ЧПУ гравировального станка

Одной из проблем этого традиционного типа гравировки — программирование. Как говорит эксперт по ЧПУ Джеймс Хэмилтон: «Станок с ЧПУ только настолько хорош, насколько его программное обеспечение. И не все ПО создано равным». Он объясняет, что используемое ПО может действительно ограничить возможности вашего станка.

Некоторые ЧПУ ПО, например, могут достигать только 2.5D фрезерования. Это нормально для гравировки, где вы обычно хотите только выфрезеровать 2-мерную форму в поверхность материала. Однако это становится ограничивающим, если вы когда-нибудь захотите перейти к более 3-мерным формам.

Гозедопп использовал 2.5D вращательную гравировку, которая включает использование вращающегося фрезерного инструмента для вырезания тонких канавок в дереве.

Что такое робототехническая гравировка?

Подход, который взял Ян Гозедопп, — избежать использования станка с ЧПУ полностью. Вместо этого он выбрал робота, конкретно UR10 от Universal Robots.

По сравнению со станками с ЧПУ, роботы очень гибки. Фактически, один робот мог быть использован для почти любого типа гравировочных процессов… и других задач. Все, что вам нужно — дать роботу другой инструмент, что очень легко сделать с правильным ПО для программирования роботов.

Программирование робототехнической гравировки

Для программирования Гозедопп выбрал RoboDK. Этот выбор помог ему избежать многих потенциальных проблем программирования, возникающих с традиционными станками с ЧПУ.

С посвященным визардом робототехнического фрезерования RoboDK, легко достичь как 2.5D гравировки, которая ему нужна, так и дает опцию использования 3D фрезерования с точно такой же установкой, если он когда-нибудь в этом понадобится.

Для генерации гравировочного пути он использовал SolidWorks вместе с его бесплатным аддоном HSMXpress, который производит CAM пути. Когда он делал этот проект, панель инструментов RoboDK для SolidWorks, которую мы выпустили в этом году, еще не была доступна. Поэтому фрезеровый путь импортировался в RoboDK с использованием G-код файлов.

Кастомный инструмент для безпыльной гравировки

Одна из ключевых разработок проекта Яна Гозедоппа — кастомный концевик для робототехнической гравировки.

Интересная особенность этого инструмента — он включал элементы для удаления пыли и опилок с заготовки во время операции, что позволяло иметь чистую рабочую среду.

Важные факторы для робототехнического гравировального инструмента

Как часть своей бакалаврской работы, он оценил 2 разных дизайна концевика и выбрал лучший на основе его пригодности для задачи.

Он оценил свои два дизайна по следующим категориям:

1. Совместимость с UR3/UR10
2. Способность зажимать фрезерный шпиндель
3. Совместимость с извлечением
4. Точное центрирование и выравнивание
5. Фрезерный шпиндель во фланце робота
6. Боковые резьбы для фиксации
7. Малый отпечаток инструмента
8. Низкие производственные затраты

Два дизайна были довольно похожи и оценились одинаково в большинстве этих категорий. Единственные две различия между дизайнами были в методе крепления фрезерного шпинделя и позиционировании инструмента на фланце робота.

В итоге два фактора, определившие его выбор дизайна, были более низкие производственные затраты и добавление боковых резьб для дополнительных фиксаций.

Безопасность

Ключевая озабоченность для этого типа инструмента — безопасность. Используемый робот был коллаборативным, поэтому у него были свои функции безопасности. Однако кастомные инструменты могут вводить дополнительные вопросы безопасности.

Гозедопп сфокусировался на двух аспектах безопасности:

1. Опасность от летящих объектов — Опилки и пыль могли легко улететь от гравировочной операции и навредить людям. Для борьбы с этим он ввел щетку вокруг инструмента для улавливания летящих опилок и вакуум для извлечения пыли.
2. Опасность от людей, входящих в рабочую зону фрезерного шпинделя — Хотя коллаборативные роботы сами по себе обычно безопасны, это не значит, что их инструменты безопасны. Вращающийся гравировальный инструмент мог вызвать повреждение у человека, если, например, их рука попадет в путь. Щетка вокруг инструмента помогла бы избежать этого до некоторой степени. Однако Гозедопп почувствовал, что требуется дополнительная безопасность, поэтому он добавил панель из закаленного стекла и лазерный сканер.

Финальный дизайн

После оценки двух дизайнов Гозедопп пришел к финальному дизайну робототехнического гравировального концевика. Он содержал следующие компоненты:

• Фрезерная головка — «рабочий конец» инструмента для фрезерования заготовок.
• Робототехническая рука — коллаборативный робот UR10.
• ПК — программа генерировалась в RoboDK и экспортировалась в робототехническую программу.
• Блок управления — выполнял обработку сигналов и запускал робототехническую программу, произведенную RoboDK.
• Вакуум — выполнял извлечение пыли и опилок.
• Система безопасности — лазерный сканер использовался для обнаружения, если кто-то вошел в рабочую зону, и остановки робота.

Наконец, Гозедопп смог достичь следующего приложения гравировки дерева, как показано в этом видео:

Что бы вы могли сделать с роботом для безпыльной гравировки? Расскажите в комментариях ниже или присоединитесь к обсуждению в LinkedIn, Twitter, Facebook, Instagram или в форуме RoboDK.