引言 Introduction
2020年新冠疫情突然來襲,減少人工接觸、安全高效的機器人研磨進入了更多工業製造從業者的視野。而機器人研磨是一個包含了多方面、多層次內容的話題:研磨在機器人智慧製造中處在何種位置、面對何種機遇?機器人對工業製造發展帶來了怎樣的影響?客戶如何判斷自己的研磨流程升級可行性,以及如何選擇機器人研磨方案?
下面這篇由3M公司研磨技術部專家朱雲剛帶來的機器人研磨的乾貨,就一次性與大家深度探討這些問題。
研磨科技助力智慧製造
3M公司研磨技術部朱雲剛
工業機器人行業的機遇
近幾年,自動化需求特別強烈,主要是由下面幾方面原因:
1. 勞動力短缺問題日益嚴重、勞動力成本日益提高
現在研磨工人普遍年齡偏大,目前中國手工研磨拋光的工人大多集中在70後和80後的人群。90後的大部分群體寧願拿幾千元人民幣做文員,也不願意拿1萬元人民幣做又苦又累又髒的研磨工。所以導致目前熟練的研磨工非常難招,研磨工工資逐年增加,勞動力成本不斷增加。
2. 意識到對人體有害的研磨環境進行改善的需求,粉塵,噪音,髒,亂,差是大家對研磨拋光工廠的普遍看法。對整個環境的改造,也是自動化和機器人推廣的推動器。
3. 生產效率、工藝穩定性及產品品質的要求
4. 政府強烈的製造業升級的願望、投資和推動
5. 工業機器人機組成本大幅降價驅動工業機器人更容易普及
近幾年機器人的發展趨勢:
現在中國躍升為工業機器人第一大國家,隨著電子、汽車的發展,工業機器人得到迅猛發展。
行業機器人排名第一位的是搬運;第二位的是焊接。焊接的研磨逐年增加,各種各樣的焊縫需要進行研磨,主要的市場集中在軌道交通,工程機械、罐體及壓力容器等新基建領域。焊接的工件材質主要是鋁合金、碳鋼、不銹鋼等。
現在的瓶頸在於前製成的焊接品質不均一,焊接後的工件有變形,焊接位置多樣及不固定等,從而使得機器人程式化的研磨方案不容易制定,增加了機器人自動化的加工難度。
研磨在機器人製造中的機遇
是什麼驅動焊接機器人本世紀初期的爆發?焊接機器人在2000年達到了一個爆點,主要原因是:
1、 標準化、模組化、預設好的解決方案
現階段成熟的研磨機器人做到標準化、模組化的只有電子、汽車行業,金屬研磨很難做到標準化,由於加工物件的狀況太多,很難統一標準,進行模組化設計。只有標準化,效率才能提高。集成難度降低,集成風險降低,也是焊接機器人快速發展的原因。
2、整體成本降低
選用多種成本優化的替代方案,標準化生產,加工量的增加,才能把整個機器人的效能水準提高,成本價降下來。焊接機器人經過2005—2014年整個成本下降顯著。讓大多數企業可以買的起機器人。
3、技術進步
通用介面、焊縫檢測、焊縫追蹤,都需要一套現代化的檢測體系。
機器人近年發展很快,國產機器人價格比較便宜,但力控的回饋速度不高,國產機器人在力控和機器人本體、專業的機器人研磨工具方面,還需要做進一步的研究和提高。
研磨拋光機器人系統,包括了機器人研磨,拋光,切割,去毛刺,拉絲等表面處理應用。是現代工藝機器人應用眾多種類的一種,用於替代傳統人工進行工件的拋光研磨工作。大到重型機械,汽車,飛機,小至手機,手錶,小家電,水龍頭,植入人工關節等,都離不開研磨拋光。隨著我國工業轉型升級和智慧製造戰略的推進,研磨拋光對自動化和機器人的需求也越來越多。由於研磨行業市場太多,應用行業太散,3M會優選具有一定優勢、附加值高的行業,提供標準化的機器人研磨解決方案。
機器人正在轉變我們的思維方式
典型的機器人研磨工作站由機器人本體、工件卡具、工件、砂帶機/砂輪機、砂帶/砂輪、送料台、控制系統組成,見下圖。
工作站結構/workstation |
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機器人本體 robot |
工件卡具 gripper |
工件workpiece |
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砂帶機 /砂輪機 |
砂帶/砂輪 |
送料台 |
控制 系統 |
機器人研磨主要分為機器人夾持工件研磨和機器人夾持工具研磨。
1、機器人夾持工件研磨 ,砂帶是固定的,主要用於暖氣片、水龍頭、門把手、金屬傢俱、鍛造腔體、汽車消音器、工具、高溫合金、高爾夫球頭等,普遍用於小巧型的工件,機器夾持工件有力的限制,不可能加工過大的工件。
機器人夾持工件研磨
2、機器人夾持工具研磨,這種類型主要用於手機殼、3C產品的研磨,針對不同的應用開發了適合機器人使用的產品,對產品精度、強度、耐用度的要求更高,根據客戶的需求改變產品。
機器人夾持工具研磨
機器人研磨的典型應用
機器人研磨的應用主要分為去除餘量和表面處理。
去除餘量主要是粗磨,如研磨澆冒口、去除飛邊/合模線、去毛刺、去除氧化皮,去除焊縫等。表面處理主要是表面調和、表面拋光,表面拉絲等。
這些應用相對應的不同產品來支援,典型的市場主要在人工關節、醫療器械、衛浴五金、水槽、車頂焊縫、汽車零配件、交通等。 3M優勢產品包括Cubitron II第二代陶瓷氧化鋁砂帶系列,3M不織布產品系列以及3M金字塔砂帶系列的產品組合能很好地解決以上對於研磨材料的需求。目前國內已經有很好的研磨片及砂紙的全自動快換解決方案,砂帶的快換方案也在研究和開發中。專門的機器人更換磨具,省去了人工更換的時間,大大地提高了自動化率和生產效率。
以下是3M標準的六大標準應用場景:
↑左右滑動查看應用場景↑
自動化研磨客戶的需求,來自於兩方面:
1.研磨的需求:
客戶更多的考慮生產效率,產品品質及穩定性
✓ 壽命長
✓ 壽命的一致性
✓ 研磨材料批次之間的穩定性
✓ 研磨效果的一致性
2.工業市場的需求:
工業市場需求研磨應用專家,新的應用開發及技術發展
✓ 研磨應用的專家
✓ 優化的工具
✓ 即時的感測器系統
✓簡單,易操作的模組化系統
3.下面是機床、機械手、人的研磨對比,僅供參考:
精度 |
剛性 |
柔性 |
程式設計 |
應用 |
領域 |
成本 |
其他 |
↑左右滑動查看應用對比↑
3M自動化解決方案優選的研磨產品
1、Cubitron II產品系列
採用了3M獨特的陶瓷技術以及微複製技術。這個系列產品包含了砂帶,研磨片,砂紙以及其他不織布類產品等十幾個品種。Cubitron II砂帶選用形狀一致的三角形陶瓷氧化鋁礦砂做磨料,從而使其具有高效的切削速度,更長的使用壽命,優越的冷切削性能。這款產品主要用於粗磨及去澆冒口的磨削,按客戶的應用壓力及不同的材質,3M都有相對應的解決方案。3M的第二代陶瓷磨料也在往細細微性發展,最細的可以生產到400+,主要是生產研磨片和砂紙。加入一定比例的3M第二代陶瓷磨料,磨削效率和壽命都有大幅提高。
3M™Cubitron II鋼紙磨片982C/987C主要用焊縫去除,目前可選的細微性為36+,60+,80+。
2. 3M不織布產品系列
採用了3M獨特的無紡布技術。主要用於去毛刺,清潔,精密拋光以及調和拉絲等研磨應用場景。其特點是在不破壞被處理工件表面尺寸情況下,同時能實現工藝研磨要求。在去毛刺方面,主要研究怎樣和機器人更好的配套使用,去毛刺輪怎樣將五金件研磨效果更好、紋路一致。
3.3M金字塔產品系列
採用了3M獨特的微複製技術以及塗覆技術。其特點是具有穩定的切削力及超長壽命,且具有始終如一的表面研磨拋光效果。可以廣泛用於拉絲,線紋調和,拋光等應用。3M在在產品的形狀、磨料的材質、產品的應用等做細分和區分。例如做成尖狀,使它切削力更好,做成平面,使它拋光性能更好。
建立研磨自動化解決方案
全產業鏈合作網路
1、機器人本體———機器人手臂
像機器人一樣,具有5或者6軸的手臂進行各種運動
2、力控——感應器、裝置
來説明機器人控制研磨力度的額外裝置,分為主動力控和被動力控。力控的裝置國外的部件要20多萬元人民幣,比本體還要貴,有了力控裝置對於弧度、複雜型面的研磨非常重要。
3、 末端的工具
適合機器人抓取的可集成的工具,並且要具有快換裝置:
機器人研磨
末端工具
機器人標準工具快換裝置 |
重載荷工具快轉裝置 |
機器人手動快換裝置 |
機器人碰撞感測器 |
順從介質連接器 |
遠端中心順從裝置 |
恒力浮動 去毛刺工具 |
六維力感測器 |
機器人快換裝置
4、磨料及其附件等
磨料對應的附件也很重要,如背盤及配套的螺母等,有時候由於背盤不夠軟,與工件貼合不好,雖然有力控,磨料都很好,也達不到很好的磨削效果。所以,力控及柔性對於實現期望的表面處理效果和確保生產效率來說是至關重要的。
5、 硬體集成、工藝設計
硬體集成、工藝設計都需要系統集成商來完成,協調集成商與產品工藝設計、應用端的關係,選取並組裝所有設備元件,確定研磨工藝,進行程式設計以確保在用戶端可以順利安裝和平穩工作。
建立全球價值鏈合作網路,實現研磨自動化解決方案,適合的參數和設備至關重要。退而求其次的工藝方案會在未來很長時間內限制企業產能產效提高。無論企業處在自動化研磨的哪一階段,3M都可以為企業提供與機器人本體製造商、自動化研磨集成商、力控、工具、配件提供商的聯繫,與整體自動化方案中各個環節專業解決方案提供者建立關係,以助他們確保自動化解決方案的成功。
如何快速確定您的研磨流程
是否適合升級到自動化
適合實施自動化的重要因素主要是:
01
充分認識投入和產出
02
部件複雜度較低
03
收到的部件研磨前尺寸範圍相差不大
04
部件數量大,但類別較少
在考慮自動化研磨工藝方案之前,您一定要先清楚地瞭解您的投入和產出需求,行之有效的第一步是清楚地定義您需要得到什麼樣的產出,因為這些要素將決定機器人研磨的工藝流程。
部件的複雜程度、來料的形狀和批次,都是確定能否上自動化的因素。如電子產品、手機殼研磨,這些形狀單一、批次大的部件,非常適合自動化的生產。
如果加工的產品每次形狀都有改變,電腦的程式設計就要改變。外形類比、走路徑,非常有經驗的工程師都要用1—2天時間。所以,自動化生產,還是比較適合大批量單一形狀的研磨產品,並且後續的軟體工程師、機械工程師都要有相應的配置,這是一個非常大的挑戰。
由此得出,自動化的趨勢對產品的品質和穩定性提出了更高的要求,生產商更應該在產品的應用上要根據客戶的需求設計、研發產品,一個好的研發應用工程師將會給企業帶來更多的財富。
以機器人研磨的複雜性、專業性,一篇長文仍不足以涵蓋所有內容。也歡迎各位從業者掃描以下QR Code留下您的問題或者需求,3M專家會聯繫您進行更深入的探討。
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