什么是高效加工？如何使用机器人提高效率

高效加工对不同的制造商可能意味着不同的事情，包括最大化材料去除率、减少计算负荷以及改进工艺流程。机器人是实现更高效率的常用途径，但要充分发挥其作用，需要牢记一些重要的策略。

尽管”效率”一词有几种不同的含义，但如果使用得当，机器人可以成为提高几乎所有类型效率的高效方法。然而，机器人较低的结构刚度意味着高效铣削需要特别关注。

通过正确的策略（如姿态规划、颤振抑制）和合适的CAM软件，您可以用工业机器人实现高效铣削。

在本指南中，我们将探讨加工中的高效意味着什么，以及如何使用机器人来实现它。

加工中“效率”的真正含义

在制造业中，“效率”一词至少有四种不同的用法。在您尝试创建一个高效的机器人铣削单元之前，先明确您实际想要提高的是哪种类型的效率是很有帮助的。

以下是制造业中效率含义的简要比较：

让我们更详细地了解一下：

设备综合效率（OEE）是制造业中极为常见的指标。它是衡量任何特定机器生产率的行业标准。

100%的OEE意味着您的制造过程只以最快的速度生产合格零件，没有停机时间，并且达到所需的质量标准。达到世界级OEE基准的机器约为85%。

对于大多数制造商来说，高效加工意味着工艺效率。这是衡量加工过程去除材料的量、速度和表面质量的指标。

在机器人加工中，工艺效率对许多应用场景来说既蕴含着最大的潜力，也面临着最大的挑战。

计算效率是出现在一些机器人研究中的指标。它描述了控制算法运行所需的处理器负载有多低。

作为制造商，就提高生产产量而言，计算效率可能不如工艺或设备效率对您重要。

“效率”一词常被用于营销机器人系统。与重复性或负载等更具体的机器人术语不同，机器人的效率没有标准定义。

如果您看到某个特定的机器人系统被宣传为高效，值得深入了解一下制造商实际上指的是什么。

机器人具有若干结构性优势，有助于同时提高设备效率和工艺效率。

机器人提高加工效率的一些好处包括：

更大的工作空间——与传统CNC机床相比，机器人拥有更大、更灵活的工作空间。机械臂可以轻松地围绕大型复杂零件进行加工，省去了降低传统CNC机床设备效率的多次装夹操作。
多操作灵活性——单台机器人可以在一个单元内完成各种操作，包括铣削、钻孔、磨削和精加工。除了操作效率外，这还有助于您从预算中获得更多收益，因为每个工序原本都需要专用机床。
可重编程性——从一种零件设计切换到另一种，使用机器人通常比使用传统CNC机床更简单。对于多品种、小批量生产，这是相对于固定CNC工装的主要效率提升。

对于许多应用来说，无论您选择使用哪种定义，机器人加工正成为实现更高效率的宝贵途径。

但机器人也给高效加工带来了挑战，特别是当我们谈论工艺效率和最大化高速材料去除时。

与传统CNC机床相比，机器人的结构刚度较低，这可能会在加工任务中引入问题。然而，有可靠的策略可以克服这些问题。

三个常见的挑战和解决方案是：

工业机器人的刚度通常在0.1到1 N/μm之间，而传统机床通常在50 N/μm以上。这意味着传统机床的刚度大约是机器人的50到100倍。这可能会限制您用机器人去除材料的速度，以避免不期望的振动。

解决材料去除率较低的一个方法是使用动态铣削策略。这涉及在工件会产生偏斜力的区域降低铣削速度。一个例子是保持一致的径向啮合量，而不是让切削力在机器人转弯时激增。

机器人的刚度可能会根据其在单次切削走刀中刀具路径上任何给定点的关节配置而显著变化。一种姿态可能非常刚硬稳定，而另一个点则容易产生”颤振”（由刀具和工件之间的动态相互作用引起的不期望振动）。

解决这个问题的方法是姿态规划。使用合适的机器人编程软件，您可以优化机器人的关节配置，以最大化切削力方向上的刚度。

挑战三：颤振→稳定性叶瓣分析

机器人铣削会产生两种不同类型的颤振：

减少颤振影响的一种有效方法是稳定性叶瓣分析。这涉及为您的特定机器人、刀具和材料组合创建一个映射，确定哪些主轴转速和切削深度可以避免颤振。

测试不同策略的一种非常有效的方法是使用合适的CAM软件。您需要使用专为机器人设计的软件，在单个软件工具中提供完整的加工工作流程。

RoboDK CAM就是专门为此而构建的。其高效机器人加工的关键功能包括：多轴刀具路径生成、包含之字形和螺旋策略的自适应模式、可调节的进刀和退刀运动（带有可定制的安全平面），以及部署前的完整机器人仿真。

仿真功能对于机器人加工效率尤为重要。由于机器人刚度和颤振行为取决于姿态，并且很难通过分析预测，因此在将程序部署到实体机器人之前，最好在仿真中验证程序。

欲了解更多信息，请查看RoboDK-CAM产品页面。