在機械工廠內(nèi)存在一種典型的溝通障礙。機器人運行他們各自的特定品牌語言，而傳統(tǒng)的CNC計算機數(shù)控機床則讀取通過CAM軟件生成的G代碼。但是如果對機器人的控制器編程，使其直接從CAD/CAM程序中讀取G代碼，那該怎么辦呢？
該機器人可以獲得一臺CNC計算機數(shù)控機床的功能，包括全部5軸輪廓面加工功能，并且對它進行數(shù)分鐘的編程就可以使其在任意的3軸或5軸工件上進行加工。目前的技術(shù)在機器人準備開始工作之前往往需要幾小時，甚至幾天時間的編程。此外，包括這類機器人在內(nèi)的加工單元能夠提供一種低成本的替代方案來代替加工中心和刳刨機進行二次零件加工，并且可以消除那些機床在加工大型零件時的工作區(qū)限制。
Programming Plus公司稱它的機器人加工單元將這種“如果怎么辦”假定變成了現(xiàn)實。該機器人加工單元的關(guān)鍵在于New Berlin, Wisc公司開發(fā)的軟件，它將CAM生成的準備用于5軸機床的G代碼平滑地轉(zhuǎn)換成6軸機器人可用的代碼。PPI 的機器人銷售工程師Tim Brooks說，世界上還沒有任何一家其他公司做到了這一點。Programming Plus 專門從事CAD/CAM、DNC和車間自動化。
Programming Plus使用DelcamPower-Mill軟件來生成Kuka Robotics機器人的G代碼，提供給它機器人的加工單元(RMC)。由于該單元像機床那樣工作，所以操作員可以啟動或關(guān)閉機器人的轉(zhuǎn)軸，改變每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，以及決定速度和進給。Brooks說，到目前為止，還不能執(zhí)行這些功能，因為它們不在機器人的控制范圍內(nèi)。
車間往往使用配備有主軸的傳統(tǒng)機器人，以便在零件輪廓周圍修邊、切割和去毛刺。但是這些車間必須“教”機器人，把它們移動到零件周圍的若干個點上，零件越復(fù)雜，教授的時間就越長。教機器人從一個零件移動到另一個不同的零件則需要更多的教授。機器人加工單元內(nèi)的機器人不用教就能從一個零件移動到下一個零件，無論零件的復(fù)雜程度如何，它們在30分鐘準備時間之內(nèi)即可完成移動。
如果操作員不滿意機器人加工單元內(nèi)的機器人切削路徑，那么他可以在CAM系統(tǒng)中改變切削路徑，或者他可以手工教授這種改變并將其插入路徑中，重新保存程序并運行它。此外，由于機器人加工單元使用Delcam的PowerMill軟件，所以車間可以執(zhí)行機器人和零件加工仿真來檢查可能的碰撞和障礙，并在運行程序之前進行干涉檢查。另外，Brooks稱他公司的軟件不久將使車間能夠通過攝像機，從Internet上遠程監(jiān)控機器人。
Programming Plus的軟件還可以為車間提供其他的方便：解決奇異性問題。當機器人的所有軸接近為零時，發(fā)生奇異性問題。它們增加速度以便跟上，它們到達某個點，在此處它們移動得過快，并且在某種程度上，它們鎖定并停止。這種情況類似于一臺車床上的恒定表面進尺。問題是車間無法預(yù)料奇異性將在何處發(fā)生。
幸運的是，當機器人加工單元軟件向機器人轉(zhuǎn)換G代碼時，它評估程序是否存在可能引起奇異性的物理配置。如果發(fā)現(xiàn)任何這樣的物理配置，則軟件修改程序以消除它們。
大多數(shù)車間并未將5軸輪廓面加工與機器人聯(lián)系起來，主要是因為需要花費大量的時間來把所有必要的數(shù)據(jù)點教給機器人。相反，車間使用CNC計算機數(shù)控機床。如果是大型零件，則它們被分成適合機床的數(shù)塊工件并在切削后重新裝配起來。換句話說，車間將拆除機床面板和裝料門，以便將需要切削的工件部分固定在機床上，而使零件剩余的部分從側(cè)邊懸空或伸出。
使用機器人加工單元的車間可以在一步準備工作中加工整個零件，因為該單元不像加工中心那樣具有精確定義的工作區(qū)。零件可以擱置在車間的地面上或者可以將它們夾持在工作臺上的工件夾上，只要準備工作在機器人的可達范圍內(nèi)，它們就可以被加工。在某些情況下，機器人的伸出長度可延伸至25英尺。
機器人加工單元目前的理想應(yīng)用是這樣一種應(yīng)用，它涉及將要在4軸或5軸加工中心上加工的大型、復(fù)雜零件，它們由軟材料，例如：塑料、玻璃纖維、碳化纖維合成物和樣機設(shè)計中所用的材料制成。但是，Brooks希望本公司的機器人加工單元在今年年底被用于加工軟金屬。
當加工金屬時，有兩個因素制約了大多數(shù)機器人：精度和扭矩。平均而言，如今的機器人精確到了0.004英寸。盡管大多數(shù)金屬零件需要精密加工，但是還有一些應(yīng)用中可以接受機器人的精度，例如：準備好粗加工零件，以利于CNC計算機數(shù)控機床上的精加工。
利用更大功率的轉(zhuǎn)軸即可獲得機器人加工軟金屬所需的增強扭矩，但是機器人必須足夠強壯和堅固以便掌控那些轉(zhuǎn)軸，Brooks說。
Programming Plus在其機器人加工單元中使用Kuka機器人，Kuka公司的戰(zhàn)略聯(lián)盟主管Joe Campbell稱有幾項技術(shù)支持機器人加工。例如，諸如Kuka等公司現(xiàn)在正在建造比以往具有更大機械剛性、更堅固的機器人。
輪系中更緊的公差減少了機器人的齒間隙，而有限元素分析和計算機仿真工具已經(jīng)幫助消除機器人鑄件的撓曲。機器人更加智能，展示嚴密的運動控制，制造商們可以比過去更好地改善他們的不準確性。
“我們現(xiàn)在有一個值得從事機械加工的機器人平臺，” Campbell說，“它聽起來可能沒什么大不了，但是與機器人的體積相比，考慮到機床的體積，如今的機器人相當堅固和強壯。”
Kuka提供多種機器人用于加工，包括它的KR60-HA, KR210和 KR240型。KR60s目前是Kuka最精密的機器人，因為它們采用了配套的齒輪組和其他組裝工藝技術(shù)，這些技術(shù)校準它們以利于高精度。Campbell解釋說在加工硬質(zhì)金屬時，機器人切除的材料與精度水平之間要相互折衷。例如，一車間從壓鑄摩托車輪上清除鑄模記號和鑄料，它可能使用一臺CNC計算機數(shù)控機床，但是這項工作非常適合于機器人，因為它要求精度和少量的材料切削。另一方面，他說在硬質(zhì)材料上切割鍵槽并非適合于機器人的理想應(yīng)用。“機器人不能完成在機床上所做的許多工作。但是，有很多車間使用CNC計算機數(shù)控機床來執(zhí)行二次加工工藝，而機器人完全能夠從事這些加工。”Campbell說。
KR210與 KR240型 Kuka機器人處理大載荷。雖然銑床主軸并不那么重，但是機器人具備強大的電機功率以便在沿著切削路徑移動時維持位置。“機床制造商們談?wù)摍C床主軸的馬力 。我們從事機器人業(yè)務(wù)則關(guān)心有效負載能力。”Campbell說。
Programming Plus所用的Kuka機器人輕而易舉地承載30及40馬力的主軸。Kuka最強壯的機器人，在它的25英尺伸出長度范圍內(nèi)，能舉起重達1100磅的有效載荷。公司正在致力于開發(fā)更大型的機器人，Campbell稱它們將引發(fā)金屬切削應(yīng)用中的更多可能性。目前正在試驗中的其他Kuka機器人具有低移動速度，但是高的扭矩和剛性能夠進一步提高機器人的材料切削能力。
在加工應(yīng)用中，機器人常常使用力和扭矩傳感器以便于它們 “感知”表面的不一致性和不完整性，并切除最小量的材料來糾正它們。例如，為了把兩個表面結(jié)合在一起，機器人自動調(diào)整所應(yīng)用的扭矩和力，以幫助它避免損傷表面或者從零件上切除過多的材料。力和扭矩傳感器集成在機器人的肘節(jié)內(nèi)，機器人控制器監(jiān)視它們的工作。那些傳感器和控制器結(jié)合在一起使用戶能夠規(guī)定機器人施加力的方向，Campbell說。
一個典型的機器人加工單元由以下設(shè)備組成：一個機器人，它具有一根5到10馬力的主軸，一個有蓋的換刀架，它帶有10把刀具，一臺決定負載刀具長度的裝置，還有一個激光系統(tǒng)，它定位工件以簡化零件到零件之間的準備工作。主軸尺寸取決于應(yīng)用。
一個Programming Plus系統(tǒng)機器人能自動換刀。Campbell說在機器人一方更換刀具很普通，公司的標準銑頭換刀裝置直接、簡單。這種能力使單元機器人能夠自己裝載。它們拆下銑刀，把零件裝載到單元內(nèi)，重新安裝刀具并切削零件。
“我們聽說對RMC感興趣的客戶的動機是產(chǎn)量。大多數(shù)CNC計算機數(shù)控機床，除非是自動的，否則它們的利用率都較低，這意味著它們的銑頭在準備時間和其他非切削活動，并非時刻在旋轉(zhuǎn)。相反，我們的機器人加工單元輕而易舉地在它們的工作區(qū)內(nèi)容納多個零件，允許機器人從一個零件移動到另一個零件，以便利用較少的資金總額獲得相當大的產(chǎn)量，” Campbell說。
