Kaip pasirinkti tinkamą trijų ašių servo manipuliatorių skirtingoms pramonės reikmėms

Kaip išsirinkti tinkamą trijų ašių servo robotą skirtingoms pramonės reikmėms

Trijų ašių servo Robotas SRinkimų vadovas: pagrindinė logika ir praktiniai sprendimai įvairioms pramonės šakoms

Automatizuotos gamybos bangoje, trijų ašių servo robotaiDėl didelio tikslumo, stabilumo ir didelio prisitaikymo jie tapo gamybos stuburu tokiose pramonės šakose kaip elektronikos gamyba, automobilių dalių gamyba, pakavimo logistika ir medicinos prietaisai. Tačiau gamybos aplinka, apdorojami objektai ir tikslumo reikalavimai skirtingose ​​pramonės šakose labai skiriasi. Aklas tinkamo roboto pasirinkimas ne tik lemia mažą įrangos panaudojimą, bet ir padidina gamybos sąnaudas bei daro įtaką efektyvumui. Šiame straipsnyje bus analizuojami pagrindiniai trijų ašių servo robotų pasirinkimo kriterijai, atsižvelgiant į pramonės poreikius, pateikiant tikslias pasirinkimo strategijas ir praktines nuorodas įvairių pramonės šakų įmonėms.

I. Prieš atranką turi būti išaiškinti pagrindiniai reikalavimai: pramonės poreikių analizė

Trijų ašių servo roboto pasirinkimas iš esmės yra „poreikių atitikimo“ klausimas. Prieš sutelkiant dėmesį į įrangos parametrus, svarbu aiškiai suprasti pagrindinius pramonės reikalavimus. Skirtingi šių keturių tipinių pramonės šakų poreikiai tiesiogiai lemia atrankos procesą:

(I) Elektronikos gamyba: prioritetas teikiamas tikslumui, lengvų ir greitų įrenginių balansavimui

Elektronikos gamyboje daugiausia dėmesio skiriama tokioms sritims kaip mobiliųjų telefonų komponentai, lustų pakavimas ir spausdintinių plokščių apdirbimas. Šie procesai dažnai apima labai mažų matmenų (milimetrų ar net mikronų) gaminius ir trapias medžiagas (pvz., keramiką ir plastiką). Todėl pramonė reikalauja dėmesio „didelio tikslumo + didelio reagavimo greičio + lengvo svorio“: surinkimo procesams robotai turi pasiekti 0,01 mm padėties nustatymo tikslumą, kad būtų išvengta komponentų pažeidimų; tikrinimo procesams reikalingas didesnis nei trijų kartų per sekundę sugriebimo dažnis, kad atitiktų gamybos linijos ciklą; o roboto svoris turi būti mažesnis nei 50 kg, kad būtų sumažinta apkrova darbastaliui.

(II) Automobilių dalys: Didelės apkrovos eksploatavimas teikia pirmenybę stabilumui ir ilgaamžiškumui

Automobilių dalių gamyba apima tokias sritis kaip štampavimas, variklio surinkimas ir padangų sukibimas. Dauguma apdorojamų ruošinių yra metalinės detalės, sveriančios nuo kelių kilogramų iki šimtų kilogramų. Pagrindiniai pramonės reikalavimai yra **„didelė apkrova + didelis stabilumas + ilgas tarnavimo laikas“**: štampavimo procesui reikia, kad robotas nešiotų 50–200 kg ruošinį ir atlaikytų štampavimo mašinos vibraciją bei smūgius; surinkimo procesas turi nepertraukiamai veikti daugiau nei 16 valandų be gedimų, o vidutinis laikas tarp gedimų (MTBF) turi siekti daugiau nei 10 000 valandų; tuo pačiu metu jis turi prisitaikyti prie sudėtingos aplinkos, tokios kaip naftos tarša ir dulkės dirbtuvėse.

(III) Pakavimo ir logistikos pramonė: orientuota į efektyvumą, pabrėžiant keliones ir suderinamumą

Pagrindiniai pakavimo ir logistikos pramonės scenarijai apima dėžių paletizavimą, greitojo pristatymo rūšiavimą ir produktų pakavimą. Reikalavimai sutelkti į „ilgą judėjimą + didelį suderinamumą + lengvą integravimą“: paletizavimui reikalingi robotai, kurių horizontali judėjimo trajektorija yra 2–3 metrai, o vertikali – 1,5–2 metrai, kad būtų galima sukrauti daugiasluoksnius daiktus. Rūšiavimui reikalingi robotai, kurie galėtų sutalpinti įvairaus dydžio (10–100 cm) ir svorio (0,1–50 kg) prekes, o griebtuvas turi turėti galimybę greitai keistis. Be to, Robotas Mturi sklandžiai integruotis su MES sistema ir rūšiavimo konvejeriais, kad būtų galima automatiškai planuoti.

(IV) Medicinos prietaisų pramonė: pirmiausia švara, griežta tikslumo ir saugos kontrolė

Medicinos prietaisų gamyba apima švirkštų surinkimą, chirurginių instrumentų poliravimą ir vaistų pildymą, todėl keliami griežti gamybos aplinkos švaros (paprastai 100–1000 klasės), įrangos tikslumo ir saugos reikalavimai. Pagrindiniai pramonės reikalavimai yra „švarios patalpos konstrukcija + didelis tikslumas + atitiktis reglamentams“. Robotas turi turėti nerūdijančio plieno korpusą ir maistinį tepalą, kad būtų išvengta dulkių užteršimo. Padėties nustatymo tikslumas pildymo proceso metu turi būti 0,02 mm ribose, užtikrinant ≤0,5 % dozavimo paklaidą. Be to, jis turi atitikti FDA, CE ir kitus pramonės sertifikatus, kad atitiktų medicinos prietaisų gamybos standartus.

II. Pagrindiniai atrankos matmenys: tikslus parametrų atitikimas scenarijui

Išsiaiškinus pramonės reikalavimus, reikėtų atlikti tikslinį atrankos procesą, pagrįstą pagrindiniais parametrais: trijų ašių servo robotasŠie penki aspektai yra pagrindiniai atrankos kriterijai:

(I) Keliamoji galia: ruošinio svorio suderinimas ir saugos rezervo rezervavimas

Keliamoji galia yra svarbiausias pasirinkimo kriterijus RobotasJis turi būti apskaičiuotas pagal faktinį ruošinio svorį ir griebtuvo svorį, o saugos riba turi būti 10–30 %, kad būtų išvengta perkrovos, kuri gali sugadinti įrenginį arba sumažinti tikslumą.
Elektronikos gamyba: Ruošinių svoris paprastai svyruoja nuo 0,1 iki 5 kg, todėl reikalingi lengvi griebtuvai (0,5–2 kg). Rekomenduojamas robotas, kurio keliamoji galia yra 5–10 kg, pvz., „Yamaha YK300R“ serijos.
Automobilių dalys: sunkiems ruošiniams (50–200 kg) reikalingi standūs griebtuvai (5–15 kg), kuriems reikalingi galingi robotai, kurių keliamoji galia yra 60–250 kg, pvz., ABB IRB 4600 serijos.
Pakavimas ir logistika: vidutinio svorio prekėms (5–50 kg) reikalingi reguliuojami griebtuvai (2–8 kg), kuriems reikalingi robotai, kurių keliamoji galia yra 50–100 kg, pvz., „KUKA KR 100 R3100 prime“ serijos robotai.
Medicinos prietaisai: lengviems tiksliems ruošiniams (0,05–2 kg) reikalingi švarios patalpos griebtuvai (0,3–1 kg), todėl tinka švarios patalpos robotai, kurių keliamoji galia yra 3–5 kg, pavyzdžiui, „Fanuc LR Mate 200iD/7L“.

(II) Padėties nustatymo tikslumas: derinant su apdirbimo tikslumu, daugiausia dėmesio skiriama pakartojamumo paklaidai.

Padėties nustatymo tikslumas skirstomas į „absoliutų padėties nustatymo tikslumą“ (nuokrypį tarp faktinės ir tikslinės padėčių) ir „pakartojamumo tikslumą“ (nuokrypį tarp pakartotinių to paties veiksmo atlikimų). Pastarasis turi didesnę įtaką gamybos stabilumui ir nusipelno pirmenybės.

Elektronikos gamyba: Lustų pakavimui ir komponentų litavimui reikalingas pakartojamumo tikslumas ≤±0,01 mm. Rekomenduojamos didelio tikslumo staklės su rutuliniu sraigtu ir servovarikliu.

Automobilių dalys: štampavimui, tvarkymui ir grubiam surinkimui reikalingas ≤±0,1 mm pakartojamumo tikslumas. Krumpliastiebinė pavara gali atitikti šį reikalavimą.

Pakavimo logistika: paletizavimui ir rūšiavimui reikalingas ≤±0,5 mm pakartojamumo tikslumas. Sinchroninės diržinės pavaros užtikrina didesnį ekonomiškumą.

Medicinos prietaisai: Farmacinių preparatų užpildymui ir chirurginių instrumentų surinkimui reikalingas pakartojamumo tikslumas ≤±0,02 mm. Rekomenduojama naudoti didelio tikslumo linijinio kodavimo grįžtamojo ryšio sistemą.

(III) Judėjimo diapazonas: darbo vietos padengimas ir judėjimo kelio optimizavimas

Trijų ašių servo roboto judėjimo diapazonas apima X ašį (horizontalią), Y ašį (priekinę ir galinę) ir Z ašį (vertikalią). Šis diapazonas turi būti nustatomas atsižvelgiant į darbinio stalo dydį, ruošinio laikymo atstumą ir įrangos išdėstymą, siekiant užtikrinti viso darbo ploto aprėptį, kartu išvengiant reakcijos vėlavimų, kuriuos sukelia per didelė judėjimo trukmė.
Elektronikos gamyba: Darbastalių dydžiai paprastai yra 1–2 metrai. Rekomenduojama X ašies eiga yra 1,2–2 metrai, Y ašies eiga – 0,5–1 metras, o Z ašies eiga – 0,3–0,8 metro, pvz., „Estun ER10-1600“.

Automobilių dalys: Preso linijų atstumas yra 2–3 metrai. Rekomenduojamas X ašies eigos ilgis yra 2,5–3,5 metro, Y ašies eigos ilgis – 1–1,5 metro, o Z ašies eigos ilgis – 1–1,8 metro, pvz., „Yaskawa MPL160“.

Pakavimo logistika: Palečių pakavimo aukštis yra 1,5–2 metrai. Rekomenduojamas X ašies eigos ilgis yra 2–3 metrai, Y ašies eigos ilgis – 0,8–1,2 metro, o Z ašies eigos ilgis – 1,5–2,2 metro, pvz., „Delta DRV90L“ serijos gaminiuose.

Medicinos prietaisai: švaraus stalo dydžiai yra 0,8–1,5 metro. Rekomenduojamas X ašies eigos ilgis yra 1–1,8 metro, Y ašies eigos ilgis – 0,4–0,8 metro, o Z ašies eigos ilgis – 0,2–0,6 metro, pvz., „Kollmorgen AKM“ serijos gaminiuose.

(IV) Judėjimo greitis: prisitaikymas prie gamybos ciklų, efektyvumo ir tikslumo subalansavimas

Judėjimo greitis apima maksimalų greitį, pagreitį ir lėtėjimą. Reikalingas minimalus greitis turi būti apskaičiuojamas pagal gamybos ciklą. Turėkite omenyje atvirkštinį greičio ir tikslumo santykį – kuo didesnis greitis, tuo sunkiau išlaikyti tikslumą. Labai svarbu rasti pusiausvyrą tarp šių dviejų veiksnių.

Elektronikos gamyba: Surinkimo linijos ciklas yra 0,3–1 sekundės vienam vienetui, todėl maksimalus roboto greitis X ašyje turi būti 1,5–2 m/s, o Z ašyje – 1–1,5 m/s, o pagreičio ir lėtėjimo laikas – ≤ 0,1 sekundės.

Automobilių dalys: štampavimo ciklas yra 2–5 sekundės vienai detalei, maksimalus greitis X ašyje yra 1–1,5 m/s, o Z ašyje – 0,8–1,2 m/s, o pagreičio ir lėtėjimo laikas ≤ 0,2 sekundės.

Pakavimo logistika: Paletavimo ciklas yra 10–20 vienetų per minutę, maksimalus greitis X ašyje – 2–3 m/s, o Z ašyje – 1,5–2 m/s, o pagreičio ir lėtėjimo laikas – ≤ 0,15 sekundės.

Medicinos prietaisai: užpildymo ciklas yra 1–3 sekundės vienam vienetui, maksimalus greitis X ašyje yra 0,8–1,2 m/s, o Z ašyje – 0,5–1 m/s, o pagreičio ir lėtėjimo laikas yra ≤ 0,1 sekundės (tikslumas yra prioritetas).

(V) Prisitaikymas prie aplinkos: susidorojimas su specialiais scenarijais ir įrangos ilgaamžiškumo užtikrinimas

Gamybos aplinka įvairiose pramonės šakose labai skiriasi. Roboto rankos apsaugos lygis ir medžiagų pasirinkimas tiesiogiai veikia įrangos stabilumą ir tarnavimo laiką. Svarbiausi aspektai yra IP apsaugos klasė ir temperatūros diapazonas.

Elektronikos gamyba: Švarioms patalpoms (be dulkių ir alyvos) reikalingas IP54 ar aukštesnis apsaugos lygis su aliuminio lydinio korpusais, kad būtų išvengta statinės elektros kaupimosi.

Automobilių dalys: Tepaluotoms ir dulkėtoms dirbtuvėms reikalinga IP67 arba aukštesnė apsaugos klasė, sandarios pagrindinės sritys ir automatinė tepimo sistema.

Pakuotės logistika: Kambario temperatūrai ir sausai aplinkai reikalinga IP54 arba aukštesnė apsaugos klasė, o korpusas turi būti apdorotas nuo rūdžių.

Medicinos prietaisai: švarioms patalpoms reikalingas IP65 ar aukštesnis apsaugos lygis, konstrukcija be negyvojo kampo ir palaikymas sterilizavimui aukštoje temperatūroje (kai kurie modeliai gali atlaikyti 121 °C).

III. Atrankos spąstų vengimo vadovas: šios detalės lemia atrankos sėkmę

Be pagrindinių parametrų, šios lengvai pamirštamos detalės dažnai yra dažniausias atrankos klaidų šaltinis, todėl jų reikėtų vengti:

(I) Griebtuvų suderinamumo ignoravimas: ruošinio formos derinimas siekiant išvengti antrinių modifikacijų

Griebtuvas yra komponentas, kuris tiesiogiai liečiasi su ruošiniu. Jei griebtuvo ir ruošinio forma nesutampa, net jei robotas atitinka specifikacijas, jis neveiks tinkamai. Pavyzdžiui, elektronikos pramonėje naudojamiems lustams reikalingi vakuuminiai griebtuvai, automobilių pramonėje naudojamiems metaliniams elementams – pneumatiniai, o pakuočių pramonėje naudojamiems kartonams – daugiažnypliai griebtuvai. Rinkdamiesi robotą, paprašykite gamintojo pateikti išsamų „roboto + griebtuvo“ sprendimą, kad išvengtumėte papildomų vėlesnių modifikacijų išlaidų.

(II) Integracijos sunkumų ignoravimas: integravimas su esamomis sistemomis siekiant sumažinti prisitaikymo išlaidas

Kai kurios įmonės, rinkdamosi robotą, daugiausia dėmesio skiria tik jo našumui, nekreipdamos dėmesio į jo integraciją ir suderinamumą su esamomis gamybos linijomis. Svarbu iš anksto išsiaiškinti: Ar robotas Ar jis palaiko pagrindinius ryšio protokolus, tokius kaip „Modbus“ ir „Profinet“? Ar jį galima integruoti su ERP ir MES sistemomis? Ar jis atitinka esamo darbastalio įrengimo matmenis? Rekomenduojama rinktis gamintoją, kuris siūlo pritaikytas integravimo paslaugas, kad būtų išvengta gamybos linijos prastovų dėl sąsajų neatitikimų.

(III) Aptarnavimo po pardavimo nepakankamas įvertinimas: dėmesys reagavimo greičiui siekiant užtikrinti gamybos tęstinumą

Trijų ašių servo robotai yra didelio tikslumo įranga, kuriai reikalingi aukšti techniniai įgūdžiai nuolatinei priežiūrai ir trikčių šalinimui. Renkantis modelį, atsižvelkite į gamintojo garantinio aptarnavimo galimybes: ar jis turi aptarnavimo punktus tikslinėje rinkoje? Ar trikčių šalinimo reagavimo laikas yra ≤ 4 valandos? Ar jis teikia atsarginių dalių atsargas ir reguliarias priežiūros paslaugas? Ypač užsienio prekybos įmonėms užsienio garantinio aptarnavimo galimybės tiesiogiai veikia įprastą įrangos veikimą ir reikalauja specialaus įvertinimo.

(IV) Aklai siekiant „aukštų parametrų“: rinkitės modelius pagal poreikius ir kontroliuokite pirkimo išlaidas

Kai kurios įmonės klaidingai mano, kad „aukštesni parametrai yra geresni“, todėl įrangos našumas yra per didelis, o pirkimo išlaidos – didesnės. Pavyzdžiui, pakavimo pramonėje rūšiavimui reikalingas tik ±0,5 mm pakartojamumas. Pasirinkus didelio tikslumo modelį su ±0,01 mm tikslumu, pirkimo išlaidos padidėtų daugiau nei 30 %, o faktinis panaudojimas būtų mažesnis nei 50 %. Renkantis robotą, principas turėtų būti „atitikti pagrindinius reikalavimus“. Pakanka leisti pagrįstas parametrų, tokių kaip tikslumas ir greitis, ribas ir nereikia aklai siekti aukščiausios klasės specifikacijų.

IV. Pramonės pasirinkimo atvejų analizės: nuo teorijos iki praktikos

(I) 1 atvejis: Elektronikos gamyba – mobiliųjų telefonų kamerų modulių surinkimo linija

Reikalavimai: Suimkite 0,2 kg sveriančius kamerų modulius ir surinkite juos ant 1,5 m ilgio darbastalio, kurio padėties nustatymo tikslumas yra ±0,01 mm, o ciklo laikas – 0,5 sekundės vienam vienetui, švarioje patalpos aplinkoje.

Pasirinkimo planas: Pasirinkite trijų ašių servo robotą, kurio keliamoji galia yra 5 kg, o pakartojamumas – ±0,008 mm (pvz., „Estun ER5-1200“), suporuotą su lengvu vakuuminiu griebtuvu (sveriančiu 0,8 kg). Roboto X ašies eiga yra 1,5 m, Y ašies – 0,8 m, o Z ašies – 0,6 m. Didžiausias greitis X ašyje yra 2 m/s, o Z ašyje – 1,5 m/s, o apsauga – IP54. Įgyvendinimo rezultatai: Įranga veikia vidutiniškai 16 valandų per dieną, o gedimų rodiklis yra ≤0,1 %. Surinkimo našumas padidėjo nuo 95 % (rankinė gamyba) iki 99,5 %, todėl gamybos efektyvumas padidėjo 40 %.

(II) 2 atvejis: Automobilių dalys – variklio bloko tvarkymo linija

Reikalavimai: Tvarkyti 80 kg variklio bloką tarp 3 metrų ilgio presavimo linijų, o padėties nustatymo tikslumas – ±0,1 mm. Dirbti 20 valandų per dieną alyvuotoje dirbtuvių aplinkoje.
Sprendimas: Pasirinkite galingą trijų ašių robotą (pvz., ABB IRB 6700), kurio naudingoji apkrova yra 120 kg, o pakartojamumas – ±0,08 mm, kartu su pneumatiniu griebtuvu (sveriančiu 12 kg). Roboto X ašies eiga yra 3,5 m, Y ašies – 1,2 m, o Z ašies – 1,8 m. Didžiausias greitis yra 1,2 m/s (X ašis) ir 1 m/s (Z ašis). Robotas atitinka IP67 apsaugos standartą ir yra aprūpintas automatine tepimo sistema. Įgyvendinimo rezultatai: Įrangos MTBF pasiekė 12 000 valandų, padidinant apdorojimo efektyvumą nuo 15 vienetų per valandą (reikia rankiniu būdu) iki 60 vienetų per valandą, panaikinant aštuonių operatorių poreikį ir sutaupant maždaug 600 000 juanių metinių darbo sąnaudų.

(III) 3 atvejis: Pakavimo logistika – el. prekybos greitojo rūšiavimo linija

Reikalavimai: 0,5–30 kg sveriančių greitųjų siuntų rūšiavimas, 2,5 metro ilgio rūšiavimo konvejerio juosta, padėties nustatymo tikslumas ±0,5 mm, ciklo laikas 15 vienetų/minutę, kambario temperatūra, sausa aplinka.
Modelio pasirinkimas: rinkitės trijų ašių robotą (pvz., KUKA KR 60 R2800), kurio naudingoji apkrova yra 50 kg, o pakartojamumas – ±0,3 mm, kartu su reguliuojamu daugianagiu griebtuvu (sveriančiu 5 kg). Jo X ašies eiga yra 2,5 m, Y ašies – 1 m, o Z ašies – 2 m, maksimalus greitis X ašyje – 2,5 m/s, o Z ašyje – 2 m/s, jis turi IP54 apsaugą ir palaiko „Profinet“ ryšį.

Rezultatai: Rūšiavimo tikslumas pasiekė 99,8 %, padidinant dienos rūšiavimo pajėgumą nuo 5 000 rankinio rūšiavimo iki 20 000 prekių, 80 % sumažinant rūšiavimo klaidas ir įgalinant duomenų sinchronizavimą realiuoju laiku su logistikos valdymo sistema.

V. Santrauka: Pagrindinė modelio parinkimo logika yra „pagrįsta paklausa, valdoma parametrų“.

Trijų ašių servo roboto pasirinkimas nėra paprastas parametrų palyginimas. Vietoj to, jis orientuotas į pramonės poreikius. Analizuodami gamybos scenarijus, suderindami pagrindinius parametrus ir vengdami pasirinkimo klaidų, galime tiksliai suderinti įrangos našumą su gamybos poreikiais. Elektronikos gamyboje siekiama „didelio tikslumo + didelio greičio“, automobilių dalių gamyboje pabrėžiami „dideli kroviniai + ilgaamžiškumas“, pakavimo logistika orientuota į „ilgą kelią + efektyvumą“, o medicinos prietaisų gamyboje pabrėžiamas „švara + atitiktis“ – pagrindiniai skirtingų pramonės šakų reikalavimai lemia skirtingus modelių pasirinkimo metodus.