CNC-bewerking: sleutel tot succes in robotica-productie

Robots lijken overal te zijn tegenwoordig – in films, luchthavens, voedselproductie, en zelfs in fabrieken die andere robots maken. Robots hebben veel verschillende functies en toepassingen, en naarmate ze makkelijker en goedkoper te produceren zijn, worden ze ook vaker in de industrie toegepast. Naarmate de vraag naar robotica-technologie toeneemt en robotfabrikanten bij moeten blijven, is één primaire methode voor het produceren van robotonderdelen CNC-bewerking. Lees verder om meer te leren over mechanische standaardcomponenten, geschikte robotmaterialen, en waarom CNC-bewerking zo belangrijk is voor robotproductie.

CNC-bewerking is op maat gemaakt voor robots

Aan de ene kant stelt CNC-bewerking de productie van onderdelen met extreem korte levertijden in staat. Bijna zodra u uw 3D-model klaar hebt, kunt u beginnen met het fabriceren van componenten met een CNC-machine. Dit stelt snelle iteratie van prototypes en snelle levering van maatwerk robotonderdelen voor speciale toepassingen in staat.

Een ander voordeel van CNC-bewerking is de mogelijkheid om onderdelen precies specificatie te produceren. Deze productienauwkeurigheid is vooral belangrijk voor robotica, waar dimensionele nauwkeurheid de sleutel is tot het bouwen van hoogpresterende robots. Precisie CNC-bewerking kan strakke toleranties van +/- 0,015 mm halen, en dit zorgvuldig vervaardigde onderdeel stelt de precise en herhaalbare bewegingen in die de robot bekend en gewaardeerd is voor.

Oppervlakteafwerking is een andere reden om CNC-bewerking te gebruiken voor robotonderdelen. Interacterende onderdelen moeten lage wrijving hebben, en precisie CNC-bewerking kan onderdelen produceren met oppervlakteruwigheid zo laag als Ra 0,8 μm, en nog lager na nabewerkingsoperaties zoals polijsten. In tegenstelling levert gieten (voordat enige afwerkingsproces) doorgaans een oppervlakteruwigheid van bijna 5 μm. Metaal 3D-printen produceert een ruwere oppervlakteafwerking.

Ten slotte is het type materiaal dat in de robot wordt gebruikt, ideaal voor CNC-bewerking. Robots moeten in staat zijn om objecten stabiel te verplaatsen en te tillen, wat sterke, harde materialen vereist. Deze benodigde eigenschappen worden het beste bereikt door het bewerken van bepaalde metalen en kunststoffen, zoals beschreven in de Materialen-sectie hieronder. Bovendien worden robots vaak gebruikt voor maatwerkdoeleinden of kleinserige productie, wat CNC-bewerking een natuurlijke keuze maakt voor robotonderdelen.

Typen robotonderdelen gemaakt door CNC-bewerking

Met zoveel mogelijke functies zijn veel verschillende typen robots ontwikkeld. Verschillende hoofdtypen robots worden gemeenschappelijk gebruikt. Gelenkige robots hebben een enkele arm met meerdere gewichten, wat veel mensen hebben gezien. Er is ook de SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) robot, die dingen kan verplaatsen tussen twee parallele vlakken. SCARA's hebben een hoge verticale stijfheid omdat hun beweging horizontaal is.

De gewichten van de Delta-robot zitten aan de onderkant, wat de arm licht houdt en snel beweging mogelijk maakt. Ten slotte hebben portal- of Cartesische robots lineaire actuatoren die 90 graden naar elkaar toe bewegen. Elk van deze robots heeft verschillende configuraties en toepassingen, maar doorgaans vormen vijf hoofcomponenten de robot (manipulator, eind-effectuator, motor, controller, sensor).

Robotarm

Robotarmen variëren sterk in vorm en functie, dus veel verschillende componenten kunnen worden gebruikt. Echter, één ding hebben ze gemeen: hun vermogen om objecten te verplaatsen of operaties uit te voeren – anders dan menselijke armen! Verschillende delen van de robotarm zijn zelfs naar ons genoemd: de schouder, elleboog en pols gewichten draaien en controleren de beweging van de tussengelegen delen.

De structurele onderdelen van een robotarm moeten stijf en sterk zijn zodat ze objecten kunnen tillen of kracht kunnen uitoefenen. CNC-bewerking is de juiste keus vanwege de materialen die aan deze eisen voldoen (staal, aluminium en sommige kunststoffen). Kleinere onderdelen, zoals tandwielen of lagers in gewichten, of de onderdelen van de behuizing rondom een arm, kunnen ook CNC-gewerkt worden.

Robot eind-effectuator

Een eind-effectuator is een bijlage die aan het einde van een robotarm wordt bevestigd. Eind-effectuatoren stellen u in staat de functionaliteit van de robot aan te passen voor verschillende operaties zonder een volledig nieuwe robot te bouwen. Ze kunnen grijpers, zuignappen of zuigkoppen zijn.

Deze eind-effectuatoren hebben doorgaans CNC-gewerkte componenten van metaal (meestal aluminium, meer over materiaalkeuze later). Een van de componenten is permanent bevestigd aan het einde van de robotarm. Een echte grijper, zuignap, of een andere eind-effectuator (of reeks eind-effectuatoren) koppelt met deze montage, zodat het door een robotarm gecontroleerd kan worden.

Deze opzet met twee verschillende componenten maakt het eenvoudiger om verschillende eind-effectuatoren te wisselen, zodat de robot aangepast kan worden aan verschillende toepassingen. U ziet dit in de afbeelding hieronder. De onderste schijf wordt gebout aan een passend onderdeel op de robotarm, zodat u de slang die de zuignap bedient kunt verbinden met de luchtaanvoer van de robot. De bovenste en onderste schijven zijn voorbeelden van CNC-gewerkte onderdelen.

Robot aandrijfmotor

Elke robot heeft motoren nodig om de beweging van de armen en gewichten aan te drijven. Servomotoren kunnen gebruikt worden om de operatie van de robot aan te drijven.

De motor zelf heeft veel bewegende delen, waarvan veel CNC-gewerkt kunnen worden. Doorgaans heeft de motor een soort bewerkte behuizing voor de voeding en bewerkte beugels voor het verbinden met de robotarm. Zulke beugels zijn meestal CNC-gewerkt. En de lagers en assen van de robot zijn meestal CNC-gewerkt. De assen van de robot kunnen op een CNC-draaibank worden gewerkt om de diameter te verminderen of op een freesmachine om speciale kenmerken toe te voegen.

Ten slotte kunnen de tandwielen die de motorbeweging doorgeven aan robotgewichten of andere componenten CNC-gewerkt worden met freesmachines, EDM's of tandwielhobelmaschines.

Controller

De controller is de hersenen van de robot, het doet wat u denkt dat het zal doen – het controleert meestal de nauwkeurige bewegingen van de robot. Als de computer van de robot, neemt het invoer van sensoren en wijzigt het het programma dat de uitvoer controleert. Dit vereist een geprint schakelbord (PCB) om de elektronische componenten te huisvesten. Deze PCB kan CNC-gewerkt worden naar de gewenste vorm en grootte voordat de elektronica wordt toegevoegd.

Sensor

Zoals hierboven vermeld, ontvangen de sensoren informatie over de omgeving van de robot en voeden deze terug aan de controller van de robot. De sensor vereist ook een PCB die CNC-gewerkt kan worden. Soms zijn deze sensoren ook gehuisvest in CNC-gewerkte behuizingen.