CNC-Bearbeitung: Schlüssel zum Erfolg in der Robotikfertigung

Roboter scheinen heutzutage überall zu sein – sie arbeiten in Filmen, Flughäfen, Lebensmittelproduktion und sogar in Fabriken, die andere Roboter herstellen. Roboter haben viele verschiedene Funktionen und Einsatzbereiche, und da sie einfacher und günstiger herzustellen werden, werden sie auch in der Industrie immer häufiger. Da die Nachfrage nach Robotiktechnologie steigt und Roboterhersteller Schritt halten müssen, ist eine primäre Methode zur Herstellung von Roboterteilen die CNC-Bearbeitung. Lesen Sie weiter, um mehr über mechanische Standardkomponenten, geeignete Robotermaterialien und die Bedeutung der CNC-Bearbeitung für die Robotikfertigung zu erfahren.

CNC-Bearbeitung ist maßgeschneidert für Roboter

Einerseits ermöglicht die CNC-Bearbeitung die Produktion von Teilen mit extrem kurzen Lieferzeiten. Fast sobald Ihr 3D-Modell fertig ist, können Sie mit einer CNC-Maschine mit der Fertigung von Komponenten beginnen. Dies ermöglicht schnelle Iterationen von Prototypen und schnelle Lieferung von kundenspezifischen Roboterteilen für spezielle Anwendungen.

Ein weiterer Vorteil der CNC-Bearbeitung ist ihre Fähigkeit, Teile exakt nach Spezifikation herzustellen. Diese Fertigungspräzision ist besonders wichtig für die Robotik, wo Maßgenauigkeit der Schlüssel zum Bau leistungsstarker Roboter ist. Präzisions-CNC-Bearbeitung kann enge Toleranzen von +/- 0,015 mm halten, und dieses sorgfältig gefertigte Teil ermöglicht die präzisen und wiederholbaren Bewegungen, für die der Roboter bekannt und geschätzt wird.

Die Oberflächengüte ist ein weiterer Grund, CNC-Bearbeitung für die Herstellung von Roboterteilen zu verwenden. Wechselwirkende Teile benötigen geringe Reibung, und Präzisions-CNC-Bearbeitung kann Teile mit einer Oberflächenrauheit von nur Ra 0,8 μm herstellen, und durch Nachbearbeitungsvorgänge wie Polieren sogar noch niedrigere Werte. Im Gegensatz dazu erzeugt Druckguss (vor jeglicher Nachbearbeitung) typischerweise eine Oberflächenrauheit nahe 5 μm. Metall-3D-Druck erzeugt eine rauhere Oberflächenbeschaffenheit.

Schließlich ist die Art des im Roboter verwendeten Materials ideal für die CNC-Bearbeitung. Roboter müssen in der Lage sein, Objekte stabil zu bewegen und zu heben, was starke, harte Materialien erfordert. Diese notwendigen Eigenschaften werden am besten durch die Bearbeitung bestimmter Metalle und Kunststoffe erreicht, wie im Materialabschnitt unten beschrieben. Zudem werden Roboter häufig für kundenspezifische Zwecke oder Kleinserienproduktion eingesetzt, was die CNC-Bearbeitung zu einer natürlichen Wahl für Roboterteile macht.

Arten von Roboterteilen, die durch CNC-Bearbeitung hergestellt werden

Mit so vielen möglichen Funktionen haben sich viele verschiedene Roboterarten entwickelt. Mehrere Haupttypen von Robotern werden häufig verwendet. Gelenkroboter haben einen einzelnen Arm mit mehreren Gelenken, den viele Menschen gesehen haben. Es gibt auch den SCARA-Roboter (Selective Compliance Articulated Robot Arm), der Dinge zwischen zwei parallelen Ebenen bewegen kann. SCARA-Roboter haben eine hohe vertikale Steifigkeit, da ihre Bewegung horizontal ist.

Die Gelenke des Delta-Roboters befinden sich unten, was den Arm leicht und schnell beweglich hält. Schließlich haben Portal- oder Cartesian-Roboter Linearantriebe, die sich im 90-Grad-Winkel zueinander bewegen. Jeder dieser Roboter hat unterschiedliche Konfigurationen und Anwendungen, aber im Allgemeinen bestehen fünf Hauptkomponenten den Roboter (Manipulator, Endeffektor, Motor, Steuerung, Sensor).

Roboterarm

Roboterarme variieren stark in Form und Funktion, sodass viele verschiedene Komponenten verwendet werden können. Eines haben sie jedoch gemeinsam: ihre Fähigkeit, Objekte zu bewegen oder Operationen an ihnen durchzuführen – im Gegensatz zu menschlichen Armen! Verschiedene Teile des Roboterarms sind sogar nach unseren Körperteilen benannt: Schulter-, Ellenbogen- und Handgelenkgelenke drehen und steuern die Bewegung der dazwischen liegenden Teile.

Die Strukturteile eines Roboterarms müssen steif und stark sein, damit sie Objekte heben oder Kraft ausüben können. Aufgrund der verwendeten Materialien, die diese Anforderungen erfüllen (Stahl, Aluminium und einige Kunststoffe), ist die CNC-Bearbeitung die richtige Wahl. Kleinere Teile wie Zahnräder oder Lager in Gelenken oder die Teile des Gehäuses, das einen Arm umgibt, können ebenfalls CNC-gefertigt werden.

Roboter-Endeffektor

Ein Endeffektor ist ein Anbaugerät, das am Ende eines Roboterarms befestigt wird. Endeffektoren ermöglichen es Ihnen, die Funktionalität des Roboters für verschiedene Operationen anzupassen, ohne einen völlig neuen Roboter zu bauen. Sie können Greifer, Saugnäpfe oder Vakuumsauger sein.

Diese Endeffektoren bestehen typischerweise aus CNC-gefertigten Metallkomponenten (meist Aluminium, mehr zur Materialauswahl später). Eine der Komponenten ist dauerhaft am Ende des Roboterarms befestigt. Ein tatsächlicher Greifer, Saugnapf oder ein anderer Endeffektor (oder ein Array von Endeffektoren) koppelt mit dieser Baugruppe, sodass er vom Roboterarm gesteuert werden kann.

Dieses Setup mit zwei verschiedenen Komponenten erleichtert den Austausch verschiedener Endeffektoren, sodass der Roboter an verschiedene Anwendungen angepasst werden kann. Dies sehen Sie im Bild unten. Die untere Scheibe wird an ein passendes Teil am Roboterarm geschraubt, sodass Sie den Schlauch, der den Saugnapf betätigt, mit der Druckluftversorgung des Roboters verbinden können. Die obere und untere Scheibe sind Beispiele für CNC-gefertigte Teile.

Roboter-Antriebsmotor

Jeder Roboter benötigt Motoren, um die Bewegung der Arme und Gelenke anzutreiben. Servomotoren können verwendet werden, um den Betrieb des Roboters anzutreiben.

Der Motor selbst hat viele bewegliche Teile, von denen viele CNC-gefertigt werden können. Typischerweise hat der Motor eine Art bearbeitetes Gehäuse für die Stromversorgung und bearbeitete Halterungen für die Verbindung mit dem Roboterarm. Solche Halterungen werden meist CNC-gefertigt. Und die Lager und Wellen des Roboters werden meist CNC-gefertigt. Die Achsen des Roboters können auf einer CNC-Drehmaschine gedreht werden, um den Durchmesser zu reduzieren, oder auf einer Fräsmaschine, um spezielle Merkmale hinzuzufügen.

Schließlich können die Zahnräder, die die Motorewegung auf Roboter-Gelenke oder andere Komponenten übertragen, mit Fräsmaschinen, EDM oder Zahnradschleifmaschinen CNC-gefertigt werden.

Steuerung

Die Steuerung ist das Gehirn des Roboters – sie tut, was Sie erwarten: Sie steuert normalerweise die präzisen Bewegungen des Roboters. Als Computer des Roboters nimmt sie Eingaben von Sensoren entgegen und modifiziert das Programm, das die Ausgabe steuert. Dies erfordert eine Leiterplatte (PCB), um die elektronischen Komponenten aufzunehmen. Diese PCB kann CNC-gefertigt werden, um die gewünschte Größe und Form zu erhalten, bevor die Elektronik hinzugefügt wird.

Sensor

Wie oben erwähnt, empfangen die Sensoren Informationen über die Umgebung des Roboters und geben sie an die Robotersteuerung zurück. Der Sensor benötigt ebenfalls eine PCB, die CNC-gefertigt werden kann. Manchmal werden diese Sensoren auch in CNC-gefertigten Gehäusen untergebracht.