Giải pháp Multi-Robot cho phép cắt kim loại 3D hiệu năng cao
Các ứng dụng laser đang ngày càng được sử dụng vì chúng hỗ trợ thiết kế nhẹ. Tiến sĩ Torsten Scheller, giám đốc công nghệ toàn cầu, quản lý sản phẩm, và nghiên cứu và phát triển, Jenoptik.
Nhìn lại cuộc khủng hoảng kinh tế năm 2010, ngành kinh doanh máy chế biến đã hoàn toàn hồi phục và hiện nay đang ngày càng phát triển. Các ngành liên quan đến ô tô ở Hoa Kỳ và Trung Quốc lại một lần nữa đầu tư vào các hệ thống chế tạo thông thường cũng như chế tạo laser.
Hiện nay, cắt laser là thị trường chính cho các ứng dụng laser công suất cao, đặc biệt là để cắt các bộ phận kim loại tấm 2D cho các ứng dụng ô tô hoặc điện tử, và cũng có nhu cầu gia tăng trong việc chế tạo các bộ phận 3D. Bên cạnh việc cắt kim loại các thành phần thân xe, có những quy trình khác như làm yếu, hàn và hàn đồng cho các bộ phận bằng nhựa và kim loại cho các ứng dụng thân xe, bên trong hoặc bên ngoài.
Một trong những xu hướng chính hỗ trợ tăng ứng dụng laser là sử dụng thiết kế trọng lượng nhẹ trong ngành công nghiệp ô tô. Điều này đã dẫn đến việc giới thiệu các vật liệu mới như thép cứng (PHS) hoặc các vật liệu gia cường bằng sợi cacbon / sợi thủy tinh mà hầu như không được chế biến nếu không có laser. Ngoài ra, các vật liệu này cho phép ngành công nghiệp để phục vụ cho thiết kế phức tạp hơn của các bộ phận ô tô và thiết kế xe hơi. Đặc biệt là khi lái xe tự hành sẽ dẫn chúng ta tới một lối đi mới, nội thất có thể trở thành phòng khách thứ hai với những yêu cầu đặc biệt về chất lượng bề mặt của các bộ phận.
Nhiều lợi thế trong công nghệ Laser
Tuy nhiên, công nghệ laser phải được tiết kiệm. Mặc dù công nghệ không phải là rẻ, những lợi thế về năng suất, tính linh hoạt và chất lượng có tiềm năng biện minh cho đầu tư máy móc cao hơn so với công nghệ cạnh tranh.
Nhà sản xuất laser và chế tạo vật liệu cũng như đo lường công nghiệp, Jenoptik là một trong những công ty cung cấp một công nghệ robot cơ bản có khả năng xử lý các bộ phận hình chữ nhật. Hệ thống chuyển động chùm (BIM) là một cách tiếp cận để cắt 3D và thành phần cốt lõi của hệ thống là một mô-đun robot có tên là BIM.
Công nghệ này có thể được áp dụng trong các ứng dụng khác nhau và các khái niệm máy khác nhau để hỗ trợ năng suất và tính linh hoạt trong chế biến laser. Do thiết kế trọng lượng nhẹ, hệ thống robot có độ chính xác cao và tốc độ cho các nhiệm vụ cắt 3D, với độ chính xác định vị xuống ± 50μm.
Các ứng dụng chính mà các thông số hiệu năng của máy laser có thể được sử dụng chủ yếu là các thành phần cơ thể của xe – chẳng hạn như các ống và đường ống dẫn nước cũng như các bộ phận PHS – hoặc bên trong và bên ngoài của các bộ phận ô tô như cản hoặc bảng điều khiển.
Hệ thống cắt Robot gia tăng Hiệu quả cao
Để thu hẹp khoảng cách về hiệu suất giữa các hệ thống robot và các hệ thống giàn, những cải tiến liên quan đến độ chính xác đường đi và tốc độ cắt đã được thực hiện. Công ty sản xuất laser đã đối mặt với thách thức này và cùng với các đối tác, phát triển một phương pháp tiếp cận hệ thống dựa trên robot để đáp ứng các tiêu chuẩn cắt trong ngành công nghiệp ô tô.
Để đạt được độ chính xác và tốc độ tương đương với hệ thống giàn, cần phải có robot duy trì tính cơ động và chính xác của nó. Do đó khối lượng mà robot phải di chuyển cần được giảm thiểu. Trong quá trình phát triển của hệ thống BIM, điều này đã đạt được bằng cách giảm trọng lượng của robot bằng cách sử dụng các cấu trúc nhẹ, cũng như bằng cách giảm tải của robot với đầu cắt nhỏ. Các thông số đạt được cho việc cắt các bộ phận thép dày lên đến khoảng 2 mm với độ dày lên đến 300 mm / s với tốc độ lặp lại với độ chính xác xuống đến ± 50μm. Hiệu suất này có khả năng đáp ứng các yêu cầu với độ chính xác cho tất cả các chi tiết kỹ thuật OEM trong thiết kế thân xe.
Để giảm bớt tải của hệ thống robot, sợi của nguồn laser không được ghép vào đầu cắt. Ngoài ra, robot có thể được sửa đổi theo cách mà tia laze có thể được ghép vào phần cơ của robot. Điều này được hướng dẫn bên trong robot bằng một hệ thống gương kín được tẩy bằng không khí để tránh ô nhiễm.
Cách tiếp cận này dẫn đến một hệ thống gần như không cần bảo trì cũng như là khả năng tiếp cận tốt nhất đối với sản phẩm. Một lợi thế khác bằng cách sử dụng hệ thống hướng dẫn này là sự độc lập của bước sóng laser từ 500 nm đến 10 μm. Hệ thống này là một cách tiếp cận cho phép để xử lý thành phần 3D của các vật liệu khác nhau bằng cách sử dụng nguồn laser phù hợp nhất.
Xác minh Hiệu suất Hệ thống của BIM
Cách tiếp cận hệ thống BIM được thiết kế như là một khái niệm mô đun cho phép các thành phần cốt lõi “mô-đun robot” được kết hợp trong một tế bào cắt nhiều robot trên không gian sàn nhỏ gọn mà công trình đồng thời trên cùng một mảnh làm việc. Để xác minh hiệu suất của hệ thống, một nghiên cứu khả thi đã được thực hiện bằng cách chế tạo một thép chịu lực bằng thép hình chữ A. Đây là một phần tiêu chuẩn trong sản xuất có phân bố điển hình giữa các vết cắt thẳng và đường viền bên trong như lỗ hoặc khe.
Phần trong Hình 1 đã được xử lý trong một cuộc thử nghiệm sản xuất giống như khoảng 1.800 miếng trên một máy tiêu chuẩn dựa trên công nghệ cắt laser 3D. Trong quá trình chạy thử, 26 bộ phận đã được chiết xuất và so sánh với 26 bộ phận được xử lý song song trên một hệ thống gantry sử dụng các thiết bị khác nhau, với tất cả các bộ phận được phân tích sau khi xử lý trên một hệ thống đo lường tọa độ. Các kết quả sau đó đã được so sánh liên quan đến sự thay đổi vị trí lỗ, đường kính lỗ, khoảng cách lỗ và vị trí cạnh.
Kết quả cho thấy hoạt động của các hệ thống chế biến ở mức tương tự. Trên cơ sở thời gian chu trình, hiệu suất của hệ thống găng đã được tìm thấy đã được cải thiện khoảng 5%. Sự khác biệt về hiệu suất này đã dẫn đến một số vấn đề về chất lượng trên các đường nét 2D ở tốc độ tối đa, và chỉ có thể được cải thiện bằng cách làm chậm các chuyển động của robot. Bằng cách điều chỉnh này, chất lượng của các tính năng đã được trong spec và xác nhận kết quả của các cấu trúc thử nghiệm chế biến.
Sau khi nhận ra những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống xử lý, một cải tiến tập trung vào các chủ đề nhỏ hơn đã được thực hiện trên robot. Bằng cách sử dụng các khớp ít hơn của robot di chuyển đồng thời, một chu kỳ ngắn hơn 50 phần trăm đã đạt được (phụ thuộc vào đường viền) và cũng có sự cải thiện về chất lượng của sự biến dạng hình học của đường viền.
Có tính đến tất cả những cải tiến này, hệ thống xử lý BIM có thể cắt các bộ phận như ép các bộ phận thép cứng lên đến 300mm / s, và với độ chính xác của đường viền xuống đến 50 μm cũng như đường viền đường đi xuống đến 200 μm. Những cải tiến này đã được chuyển thành các thử nghiệm sản xuất với hơn 20.000 miếng cột A khác nhau và cho thấy những cải tiến này cho phép hệ thống này cạnh tranh với hệ thống giàn khoan trong thời gian chu kỳ với chất lượng cắt tương đương.
Trong các ứng dụng thân xe, ống và ray thể hiện một phần cố định của thân xe. Khi tăng mức độ tự do trong thiết kế, hình dạng của các bộ phận này trở nên phức tạp hơn và do hydroforming, có những hạn chế liên quan đến việc sơ chế các đường viền và các đoạn cuối của các bộ phận.
Hình 2 cho thấy phần có chiều dài trên 2 m, 26 đường viền phân bố trên bề mặt da hoàn chỉnh và hai đoạn cuối phức tạp được xử lý trong thời gian chu kỳ 45 giây. Do kích thước lớn của một phần, thời gian chu kỳ dự kiến và không gian sàn có sẵn hạn chế, một thiết lập máy với bàn xoay và hai robot cắt đã được thiết kế. Hai robot hoạt động đồng thời trên mảnh làm việc để đạt được thời gian chu kỳ dự kiến và máy tích hợp thành công vào dây chuyền tự động hoàn toàn tự động.
Theo xu hướng vật liệu nhẹ trong thân xe, một cách để giảm phát thải CO2 bao gồm việc sử dụng nhôm đúc. Trở ngại chính cho sự tăng trưởng của khối lượng là chi phí thành phần, so với các công nghệ khác chủ yếu là do thời gian chu kỳ dài của các quá trình khác nhau để đến một phần hoàn chỉnh.
Giảm thời gian xử lý
Một cách tiếp cận để giảm thời gian chu kỳ và để đạt được sự linh hoạt trong dụng cụ là thay thế việc khoan và đục lỗ để tạo ra các đường viền bên trong một phần sử dụng chế biến laser. Chiều dày vật liệu của các bộ phận đúc là từ 3 mm đến 6 mm, làm cho chúng có thể cắt bằng laser, tạo ra các bộ phận với hình học và gồ ghề tốt.
So với các hoạt động khoan hoặc xay xát, thời gian chế biến có thể được giảm tới 50%, giảm chi phí rõ ràng và tạo ra năng suất cao hơn. Nhìn sang bên ngoài, cắt laser cho thấy mức độ linh hoạt cao hơn và chi phí dụng cụ tốt hơn so với việc đục lỗ cũng như khả năng cắt giảm.
Hệ thống BIM có khả năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về chất lượng và tốc độ cần thiết để vận hành ứng dụng này, và các hệ thống giàn khoan thích hợp cho các công việc cắt. So với các hệ thống này, các giải pháp được làm bằng robot đang cung cấp khả năng làm việc chặt chẽ hơn và với nhiều công cụ trong một phần công việc.
Nguồn:Tạp chí Equipment news
