機械臂能否進行精度較高的切削工作?
我想買一個機械臂安裝上刀具然後進行切削加工,個人打算切削加工一些模型和零件拿到網路上去出售,但是不知道機械臂能否完成精度較高的切削工作。
謝邀。
看了很多「科技被鎖死」的人的回答,忍不住說一下。
加工精度由三個部分構成,
一個是本體剛度,這一點很多人提到機器人的剛度不夠,不如機床,但是結論不對,結論應該是,不能用開環控制使用機器人達到與機床相同的加工精度,
二是檢測手段和精度,這一點,隨著視覺技術、特別是結構激光+立體視覺技術的成熟,該手段的精度已經可以達到0.01mm甚至更高,條件逐漸具備
三是在線編程,也就是每次加工完畢,進行檢測,然後根據檢測偏差,機器人當前的姿態,重新計算剛度矩陣,新的路徑規劃,和剛度補償。
目前的打磨機器人很多都是採用以上三者的閉環控制,用相對低剛度機器人+高精度檢測+實時閉環的在線編程,實現柔性加工,加工精度由檢測精度決定,不是有開環精度決定。
-- 為什麼說"科技被鎖死"呢?
因為人的手臂是剛度很低的,但是能夠完成高精度的切削,磨削,等精細工作;因為人要手眼腦三者協調。
人能做到,說明加工精度不僅與剛度相關。
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用專業一點的語言說:
第一代機器人控制,是位置控制,有手無腦,干不過機床。
第二代機器人控制,是力位混合控制,有手有腦,閉眼睛感覺力度,已經有可能幹過機床。
第三代機器人控制,是力位視覺混合控制,手眼腦協調,眼神好使可以做到幾乎眼睛看不出毛病,加工精度主要取決於機器視覺的精度。
--- 結論: 眼手腦協同可以實現低剛度機器人完成高精度切削加工。
軟體整合世界,一起好好學習相關演算法,提高相應編程能力。
上面很多答主都提到了很多要點。我的觀點是可以實現部分精度較高的切削工作(這裡所指的實現並不是指可以實現CNC(如5軸加工中心)的切削加工能力,串聯機械手級聯懸臂機構決定起整體系統的剛度不會高,工業機器臂的剛度一般在20-30HZ左右)。因此需要對現有的工業機器人進行很多集成應用改造。這個問題歐美很多公司和團體已經嘗試,未來還需要完善(這裡的完善並不是指機器人能夠替代機床實現高精度的切削,機器人的替代更多是成本優勢、批量和切削加工精度之間的tradeoff)
1.精度的問題不是問題,可以在機械臂各軸的輸出端加編碼器,具體可以查下國外的機器人飛機鉚接作業,有個公司(飛機裝備集成商)這方面和空客、波音有合作,它家關於這個技術申請了專利;飛機蒙皮的鉚接精度為0.02mm。(這裡並不是說鉚接等同切削,通過單關節雙編碼器的結構可以有效補償關節傳動環節中柔性變形。機械臂的柔性來自兩方面:關節和連桿)
2.剛度的問題也可以通過機器人末端加特定的機構、感測器系統和更為精確的動力學和運動學模型得到改善,具體可以參考樓上答主趙鑫博士提到的那兩個項目Dashboard - Hephestos Project 和COMET Project - Plug-and-produce COmponents and METhods for adaptive control of industrial robots enabling cost effective, high precision manufacturing in factories of the future
但是上述兩個問題的解決對團隊的整體要求很高。
歐洲之前有過兩個項目HEPHESTOS 和 COMET 都是解決用機器人加工過程中的一些難題。
HEPHESTOS計劃當時主要從這幾個方面入手:
而COMET計劃的工作主要是這幾個方面:
Youtube上有不少這兩個項目的視頻。ABB等大機器人廠商也有專門針對機加工應用的機器人。有一次在弗朗霍夫的交流會上,看到他們有展示用機器人做複合材料切削的應用。
後來我們實驗室曾經也想跟進,但發現實際加工過程中變形和振動很嚴重,這塊就暫時放下,去做打磨去了。大概是我們技術太差了
高精度就別想了。
機器人點到點的位置重複精度可以到達幾個絲(1絲=0.01mm),但位置跟蹤精度得高一個數量級,切削時外力過大,精度還得進一步下降。機床的加工精度很容易就到絲的數量級,這是因為機床的剛度大大高於機械臂的剛度,是因為機床的價格大大高於機械臂的價格。
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我有個同學在研究機器人銑削研究,研究的意義在於機器人比機床便宜很多,重點需要解決的是提升機器人剛度,這一般得外加力矩或切削點位置感測器。
其他的回答都解決問題了。
我補充一下,你可能誤會的地方是,菜刀切菜是位置到了就菜就斷。而金屬切削更接近於「耕」。 是把材料」刨(pao)」掉的。 靠的是高速和高剛性。
所以金切設備,剛性和精度是相輔相成的。
另外,同樣精度和剛性的話,機床肯定更便宜。自己做零件,上個桌面的3D列印可能更好,如果有金切需求,還是上個小型的CNC。 自己攢一個也不是不行,但是主軸部分仍然要買吧,自己干比較難,也不便宜。分三個方面說。
1.較軟材質的工藝品、模型沒問題,機器人很有優勢。
如果是用來加工工藝品是完全沒有問題的,機械臂比機床靈活的多,就像你說的模型也是可以的。工藝品和模型的共同特徵就是主要看造型,所以材料不是特別硬,要求精度不是特別高,也不需要太考慮耐久性。比如用來雕刻木製品,ABS,甚至是鋁材料。
搜索幾個圖放在這裡,如有侵權,請告知。
2.工業產品沒有優勢,甚至做不出了。
但在工業產品領域,比如鋼質工件,目前效果不是太好,機器人即不夠「硬」又不夠「准」。即便是有了力覺維度,我覺的也只能在半精加工上有有點點用處,粗加工效率不如機床,精加工比磨床精度差太多。尤其是木工雕刻機床,被機器人取代的可能性很高。
比如汽車的發動機、變速箱部件等。
3.特殊工業產品有優勢。
這裡說的特殊工業產品有幾個方面,一、產品批量特別少,或者乾脆是單件,不如打樣這種場景。
二、工件體積很大,超大型工件對精度會有一些妥協,這時候,為了加工超大工件需要做更大的設備,如果轉換一下思路,我們乾脆把機器人放在設備里去加工,或許會有一些優勢,比如超大型滾筒工件,要在內腔的某個部位做加工就很難,或許以後可以把工件固定好,布置導軌,然後把機器人推進去加工,這個後面如果有項目可以考慮試試,到時候再來補充。
提醒一下,這是我的個人想法,我並沒有看到實際案例。
您好!
前提是你要求的精度是多少。
一般來說,您要求的應用都是使用鑄模或者3D列印較好。
如果非要使用機械臂,由於反作用力的引起的偏移不可避免,所以只能保證最大偏差在1mm以內。
就方案而言,對於裝配及機械部件產生的累計公差,我們可以通過 Absolute Accuracy 補償;實時路徑也可以使用Force Control 來修正;軟體方面,有RW Cutting;路徑規劃及模擬,有 Cutting PowerPack。但是目前對於有高精度要求的機加工應用,以機械臂目前的技術水平來看,還待完善。
BR
剛性不夠
做項目之前,技術細節很重要。你這個問題,需要寫出,你需要的高精度是多少?
然後,才能好好回答這個是我工作中一直專註的方向。
之前我們看過St?ubli的機器人,是現在來說可以做切削工作的比較可靠的機器人,因為使用的是齒輪傳動,剛性更好一些,更加適合切削加工。
St?ubli 的主流機型RX170HSM, 重定位精度在+/-0.04mm,算不上很好,但考慮到1915的臂展,還是比較可靠的。
用機器人做切削加工,必須把切削力控制到最小,所以一般配的都是2萬轉以上的高速切削頭。另外由於切削冷卻的問題無法解決,現在的機器人幾乎是無法加工鋼件的。
選擇機器人來做切削加工,一般是因為大型加工中心價格太高。如果需要加工一些大型的骨架(2~4m大小的),對於加工的精度要求不高的,那麼可以投資機器人進行鑽孔和小範圍銑削作業。投資這樣的一台機器人的投入,不到投資一台大型加工中心的1/10。當然,一旦邁入精加工的大門,不可避免的會遇到平面度平行度這樣的GDT,這都是機器人加工不容易實現的。
另外,機器人加工需要專門的CAM軟體,robotmaster的話,大概要10~15萬一個號。
高精度不可以。
受限:機器人絕對定位精度不足,機器人關節剛度不足。
二者複合作用下,導致精度不夠。
如果切削精度要求不高並且對機器人的剛度要求也不高,例如:木質傢具,這個是可以的。
瀉藥單說精度的話,外加視覺輔助的話,勉強也是可以用的。但是削,切這種加工還是算了。暫時還是干不過CNC。負載大的精度差,負載小的刀都帶不動。。
由於機械臂的關節是不具備太高的剛度的,因此使用刀具進行高精度加工目前看來辦不到,以後也難說
不過如果採用氧割或者激光切割這種非接觸式的稍微低精度的加工是可以的
不可以,切削加工需要建立在主軸非常穩固的基礎上進行,機器人機械臂從支撐結構上就不具備這一條件。不過要管cnc機床叫機器人、機械臂,貌似也沒什麼不妥。
高精度的切削工作目前應該做不了。但是其他的比如焊接應該沒問題。
我前公司是做半導體封裝機器的,算是一種機械臂吧,精度最高可以達到正負0.1MIL(2.54微米)。但是BondHead(相當於機械臂)對力的限制就比較高了,最大不能超過10牛頓。如果力過大精度就控制不好了。
市面主流工業機器人重複定位精度一般為0.02mm,看你所理解的高精度是什麼概念咯,而且需要切割的話就得規劃路徑,這個是個大頭,單純的平面路徑規劃利用一些演算法可以比較好的實現,但是空間裡面規劃複雜路徑,我覺得難度挺大的