亿迅智能制造网
工业4.0先进制造技术信息网站!
首页 | 制造技术 | 制造设备 | 工业物联网 | 工业材料 | 设备保养维修 | 工业编程 |
home  MfgRobots >> 亿迅智能制造网 >  >> Manufacturing Technology >> 自动化控制系统

机器人纤维放置,3D 打印推动进展

工业 4.0 所承诺的优势正在伊利诺伊州罗克福德的 Ingersoll 机床实现。“数字双胞胎”机器设计仿真、更高的机器人智能和复杂运动是这里必不可少的工具。这些工具使更广泛的航空航天、海洋和其他行业部门能够使用大规模模具生产、零件加工和过程自动化。

“工业 4.0 所承诺的颠覆性已经开始,”英格索销售副总裁 Jason Melcher 说。 “更值得注意的是,航空航天领域正在发生这种情况,用于改进模具和零件生产的机器设计大约是最大的,也是最困难的。”

“在这里,过程阻抗的评估不仅仅是每小时,而是每分钟和每小时磅数,”Melcher 解释说。 “在航空航天业顶级 CNC 和运动技术平台的支持下,我们看到了更大的制造能力。”

在 Ingersoll,流程改进一直很重要。多年来,公司的机械、软件和工艺工程师与西门子工程师合作开发下一代大幅面机器设计。

但是英格索尔和西门子究竟做了哪些真正的突破呢?

现在,这两家技术公司正在与客户工程团队合作,以发明、验证和降低风险。他们正在更大规模地开展合作,智能机器人纤维放置和大规模印刷/铣削零件生产不再是愿景,而是现实。

机器人纤维放置

作为航空航天自动纤维铺放 (AFP) 领域的长期参与者,Ingersoll 涉足高端机器人技术似乎是自然而然的进展。该公司的雄心是让二三线航空航天零件生产商能够负担得起机器人纤维放置。但是,进入航空航天市场的步伐受到了一些现实的阻碍,包括大型机器人定位的历史不准确性、机器操作员层面缺乏机器人控制以及设计和建造更大规模、定制的高成本法新社系统。

精确的机器人定位: 即使在最近几年,大型机器人的定位精度也不超过5毫米左右,重复性较差。为了解决这一限制,西门子对其功能强大的 Sinumerik 840D sl CNC 进行了改进,以包括其高度复杂的机器人补偿软件 Run MyRobot。

这使 Ingersoll 能够将机器人技术集成到其新的 Robotic FP 光纤铺放机设计中,实现低于 1 毫米的可重复机器人定位精度。保持标准和反向机器人运动的精度。

机器上的机器人控制: 使用 Siemens Sinumerik CNC 操作界面可以轻松地在机器上控制 Robotic FP 机器的机器人运动。该控件的直观图形界面在 Sinumerik CNC 控件平台中是通用的。航空航天客户可以在全厂范围内实现更高的流程效率,因为操作员可以使用在机器之间保持相同的界面快速熟悉和高效,即使从三轴到五轴或具有更多轴的六轴机器人(转盘,芯棒、直线导轨等)。操作者的体验是一样的,无论是控制传统的纤维铺放、机器人铺丝、3D打印、机器人3D打印还是任何CNC加工过程。

机器设计模拟: 机床行业长期以来一直期望能够在进入实际生产之前虚拟设计、测试和重新设计机器、模具或零件的数字双胞胎。在航空航天领域,机器或零件的庞大尺寸使得物理原型制作成本特别高。

传统的试错原型会在时间和材料上产生巨大的损失。为了摆脱这些限制,Ingersoll 的软件工程师开发了仿真软件,使工艺工程师能够虚拟地设计和开发机器、模具或零件。该软件围绕着 Siemens Virtual NC Controller Kernel (VNCK) 仿真软件。控制器处理和模拟几乎所有加工循环数据和刀具路径,就像它们在实际机器上执行的一样,Sinumerik Operate 界面以图形方式显示这种精确的数字孪生模拟。

大型 3D 打印和铣削

世界上最大的热塑性 3D 打印机在进入 Ingersoll Machine Tools 巨大的开发中心时立即引起了航空工程师的注意。

调整到 MasterPrint 机器的绝对尺寸后,工程师们关注的是更快的原型制作、更短的交货时间和降低 90% 的制造成本的前景。随着 MasterPrint 5X 的开发,Ingersoll 的创新继续进行——这是一种交钥匙印刷铣床,具有更大的生产力突破,再次由 Siemens Sinumerik 840D sl CNC 平台实现。

Michael Falk 是一名机电一体化工程师,也是西门子销售团队的负责人,该团队支持 Ingersoll 推出 MasterPrint 系列。 Falk 经常目睹参观英格索尔开发中心的航空工程师的反应,他可以证明为什么“5X”因素是一个很大的吸引力。 “百分之九十的时间,任何 3D 打印的东西都需要精加工,”Falk 说。 “新的 MasterPrint 正是以交钥匙工程的形式生产世界上最大的零件,采用了由 Ingersoll 开发并得到西门子支持的自动更换头技术。”

Falk 说,航空航天和海军工程师现在在 Ingersoll 见证的是他们探索曾经无法实现的流程改进目标的能力。 “2019 年 10 月,缅因大学因 3D 打印一艘 25 英尺长、实际上可以漂浮和载人的船而获得了三项吉尼斯世界纪录,”他说。 “值得注意的是,Ingersoll 的工程师从那时起数次超越尺寸记录。”

工厂印刷效率: 大幅面 3D 打印的 MasterPrint 方法结合了五轴运动的放大速度、灵活性和准确性。同一个龙门现在可以交互打印、铣削、纤维铺放、铺带、检查、修整等功能。

任何角度的 3D 打印: Falk 说,Ingersoll 正在发布新的 MasterPrint 5X。该机器可以从任何角度打印以充分发挥其优势。因此,现在您可以使用最高效的测序快速制造大型模具或零件。五轴打印喷嘴会相应地改变方向以打印更复杂的零件。

高速同步: “3D 打印期间的同步操作是许多神奇发生的地方,”Falk 说。 “你会得到具有一致珠几何形状的漂亮零件。打印仅根据需要在拐角处减慢,然后恢复最佳速度。角落没有过度填充。没有填充问题,没有胎圈颈缩,模具中没有空隙,零件内部也没有材料堆积。”

机器人 3D 打印: Ingersoll 充分利用了 Sinumerik Run MyRobot/Direct Control,机器人补偿软件现在是 Siemens Sinumerik 840D sl CNC 的一个关键特性。 Ingersoll 提供范围广泛的机器人系统,机器上的 CNC 可以控制同一机器人操作的多个模块。

面向未来的工具集

Jason Melcher 和 Michael Falk 见证了 Ingersoll 机床工程师们在支持性文化中提出探索性问题的不懈热情。他们描述了一个实验室环境,一名刚从大学毕业的工艺工程师正在快速学习一些即使是最先进的机电一体化课程也没有涵盖的东西。

在 Ingersoll,工程师们面临着发明、验证、学习和构建更好的加工工艺的挑战,而他们已经获得了执行此操作的工具。

“西门子为机器设计过程带来了一个开放的工具箱,”Falk 说。

“您拥有五轴 Sinumerik 840D 控制器、全套电机、驱动器和组件。您拥有模拟软件和第三方创新的公开邀请。这一切都结合在一起,Sinumerik CNC 及其虚拟对应物 VNCK 内核成为更加进化的加工过程的大脑。”

Nate Haug 是 Ingersoll 的一名工艺工程师。他是该公司众多受启发的工程师之一,他们证明了使用更开放的 CNC 和运动控制工具集的优势。 “西门子从一种编程语言开始,它允许我们做的事情比使用基于“仅 G 代码”的控制要多得多,”豪格说。 “真的有两个工具集。一种是允许开放范围的函数和变量的 Siemens 语言。另一个工具集让我们将条件函数注入 NC 的大脑。如果没有这两个工具集,我们将无法完成我们所做的事情。我们将 840D 用于光纤铺放机、机器人光纤铺放机、3D 打印机、机器人 3D 打印机、具有两个头、垂直、五个头的机床上,基本上具有任何配置。”

Haug 说,除了对 Ingersoll 的现有机器进行改进外,他和其他工程师正在使用他们的 Siemens Sinumerik CNC 工具集来研究新机器开发的途径。这些途径之一是材料研究。

“每种材料都有自己的流动特性,”豪格解释说。 “西门子控件使我们能够修改代码中的功能以适应材料。

CNC 平台使我们能够研究更广泛的材料。”

材料属性问题探讨了诸如强度、收缩率、翘曲以及各向同性与各向异性材料的使用等变量。材料解决方案出现在民用、国防和基础设施应用的快速原型制作领域。一种独一无二的打印机的概念也出现了,它可以支持雄心勃勃的计划,例如使用源自木材资源的纤维素的生物基原料。

机器自我监控:虽然人工目视检查在今天仍然很普遍,但它们正在成为应对日益数字化自动化生产挑战的模拟答案。

Ingersoll 预见到这一天很快就会到来,检查通常是机器的一项功能,作为辅助过程。纤维铺放加工过程将监控铺层,检查任何缺陷,并确保零件的准确性和可靠性。同样,混合 3D 打印流程有一天会通过无缝集成的流程自我监控实现背靠背打印和加工。

西门子 CNC 和运动控制平台已经支持这些自动化自检流程的开发,该平台控制精确定位和位置反馈。机器可以检测、跟踪和报告任何差异。

正如 Ingersoll 和 Siemens 所证明的那样,工业 4.0 所承诺的优势今天正在实施。消除了大幅面机器人纤维放置和 3D 打印的界限后,人们现在期望在整个零件生产过程中实现突破性改进。

“这是大局观,”Ingersoll 的 Jason Melcher 说。 “当我们拜访客户时,是为了探索流程改进。这与具有固定特性和功能的机器线卡无关。我们正在就量身定制的流程改进进行对话。”

对于航空航天、海洋和其他先进领域的工程师来说,更大规模的创新意味着他们现在拥有一个前所未有的无限工具箱可供探索。


自动化控制系统

  1. 应用聚焦:机器人夹持器的 3D 打印
  2. 光纤激光机在钣金切割中的优势
  3. 碳纤维 3D 打印在制造业中的三大用途
  4. 碳纤维 3D 打印不再是遥不可及的梦想
  5. 3D 打印经济学
  6. Brown Machine Group 收购 aXatronics Robotic Capabilities
  7. 了解机器人光纤激光切割与等离子切割
  8. 具有连续纤维的 3D 打印复合材料
  9. 机器人单元可实现零件自动管理
  10. 与零点夹持系统兼容的机器人自动化
  11. 什么是纺纱机?
  12. 机器人应用的机器防护