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加工制造领域中工业机器人与数控机床的比较

作者:万博  来源:万博manbetx官网  时间:2019-10-14 19:24  点击:

  使用工业机器人完成机器加工?机器人可以与数控机床媲美、被用于机器加工任务吗?今天我们就对制造业中传统的机床加工,与新兴的工业机器人加工进行比较。

  在过去的十年中,工业机器人渐渐开始替代数控机床、被用来完成一些加工任务,包括打磨、抛光、去毛刺、切割等等。但是,机器人能够做到比数控机床更好吗?让我们来找到答案。

  当你第一次听到机器人加工的时候,你可能会心生疑惑,工业机器人并没有数控机床固有的“刚性”,一个普遍的顾虑是它无法达到数控机床的精密程度与稳定性。但是,工业机器人却有着机床所没有的其他优势,这取决于你的加工任务。

  想象你有一块冰,需要加工出一座冰雕用于企业形象宣传。你可能没有办法使用厂里的数控机床去完成这个任务,因为它们的最大加工空间都远远小于冰雕的体积。

  这就是很典型的更适合机器人加工的应用。体积很大的工件,往往无法使用数控机床加工;较为软性的材料(在此例中又容易受环境影响而变化),也可能需要通过含有更多曲线的加工路径完成,大多数机床都无法实现。这就是为什么工业机器人加工在快速成型任务中更受欢迎。

  但是,你可能想,我并不需要加工一块冰,我需要的是准确地加工出我的产品。机器人加工可以做到这一点吗?答案是取决于你的应用。

  准确性可能是数控机床最重要的参数。如果机床的准确性不高,就无法加工出高质量的产品。随着技术的发展,机床以及其刀具的准确性在不断提高,高端的机床可达到20-50微米范围内的精准度,甚至更好。

  工业机器人的准确性也在不断提高,可以通过校准使机器人的准确性达到接近于其重复性。例如,KUKA KR210机器人的重复性为100微米,通过校准后准确性可达到200微米。

  但是,需要注意的是机器人的准确性依赖于“好的校准”。因为机器人校准往往取决于用户,所以在机器人行业中更加强调的是“重复性”而不是准确性。

  说到加工空间的大小,数控机床中也有行业先进的佼佼者,例如十几米长、体积大于两头大象的平板车床。但是,大多数数控机床的空间很有限,能加工出的工件体积较小。

  工业机器人就不一样了,它们通常拥有更大的工作空间范围。一个中等大小的机器人有7至8立方米的操作空间,另外,你还可以通过机器人外轴(旋转台或轨道)来增加空间范围。

  工业机器人最大的优势可能就是它的灵活性。你可以很容易地使用它完成不同的工作。数控机床一般只擅长同一种工作,例如铣削、旋转打磨、钻孔等等。一台工业机器人可以实现全部这些任务。

  机器人还可以沿着更复杂的路径移动。数控机床通常具有3至5个自由度(Degrees of Freedom),可以完成很多加工工作,虽然有一定的局限性。几乎所有的工业机器人都具有6个自由度,这意味着你几乎可以加工出任意形状的工件。

  加工工具的刚性影响到产品的准确性。刚性低的加工工具遇到坚硬的材料时会移位,将造成不准确的刀具移动轨迹。机器人相较于数控机床来说刚性较低,通常为小于1牛顿/微米,而数控机床通常为50牛顿/微米。

  刚性低的加工工具也具有较低的固有频率,这意味着刀具接触加工物体表面时本身会产生震动。工业机器人的固有频率为10到20赫兹,而机床的刀具一般为几百到几千赫兹。

  工业机器人可以轻松加工泡沫、木材、塑料等材料。但是,更坚硬的材料例如钢铁、钛合金等会导致机器人马达的后坐力,降低准确性。

  数控加工工具与工业机器人都可能造价很高。不过,机器人的两大优势:较大的加工空间范围与高灵活性,意味着同一台机器人可以用于加工多种几何形状、多种体积或多种材料。机器人可以带来更多的附加值。

  如果你的应用需要高精确度与稳定性,那么数控机床无法被取代。但是,在精确度允许的范围内,如果你更需要设备的灵活性,更大的操作空间以及降低设备成本,那么机器人加工将会是更好的选择。

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