Universal Robots协作机器人助力Toolcraft实现夜班无人化生产

在Rapid Design Solutions的Troy Ojalehto（左）开发初始应用后，Toolcraft自动化工程师Brian Laulainen能够处理日常运营，并为UR5e（Universal Robots协作机器人）开发零件冲洗干燥站作为应用附加功能。Laulainen通过UR Academy培训，随后辅以与Ojalehto几小时实操培训。

西雅图小型机械车间Toolcraft需在其CNC机床内自动化一项具有挑战性的三工序机床看护任务。对Universal Robots（UR）新旗舰协作机器人UR5e及其30微米重复定位精度和力/扭矩感测能力印象深刻，该车间承担任务并节省23%生产成本、提升43%产出。

关键契机：大订单倒逼三班倒

推动此举的关键时刻是大订单促使Toolcraft增加第三班实现24/7生产。“这儿没人想上夜班，”运营总监Steve Wittenberg说。在3%失业率地区，招聘广告鲜有回应。他开始考察不同自动化选项，最初考虑传统工业机器人。

仅看硬件，传统机器人似乎更具成本效益，Wittenberg说。“但一旦把不必建安全围栏的节省、易用性节省的时间、避免大量复杂编程算进去，Universal Robots成了正确解决方案。”

协作机器人值夜班

推动投资的订单是医疗器械多螺纹零件。该零件需装入三步CNC加工工序，在第三班运行。Toolcraft与Universal Robots认证系统集成商Rapid Design Solutions讨论挑战。

“做多工序精密加工时，精度要求大幅提升，”Rapid Design Solutions老板Troy Ojalehto说。“听说UR5e重复定位精度达30微米，我们非常兴奋。那真正与传统工业机器人同台竞技，对我们意义重大。没见过其他协作机器人能以这种精度处理多工序零件，毛坯进成品出。”

实施六个月后，Wittenberg说车间立见产量增加。“我们配上了夜班，周产从255件增至370件。随之提前七周完成全年产量，释放该机床生产其他工件。”他补充Toolcraft预期ROI约12个月。

具有人性触感的机器人

Universal Robots旗舰线新功能之一是所有关节力反馈，这是确保零件紧密嵌入机床夹具的关键。“利用X、Y和旋转Z轴的力控自由度，我们能强行压入、晃动，极易编程顺应性，基本实现机器人的人性触感，”Ojalehto说。说话间，Toolcraft老板Karl Niemela路过，报告公司决定给机器人命名为Clarence。“给精致机器人起个精致名字，”他微笑道。

“UR的自由驱动功能极大缩短教导机器人点位时间，”Ojalehto说。UR协作机器人可通过示教法轻松编程，只需移动机械臂经过期望路径点，在示教器上添加到程序。协作机器人使用时，Toolcraft用UR模拟器离线创建整个冲洗干燥站程序，传输到示教器时插入路径点。

协作机器人也“搞卫生”

协作机器人成功助车间实现24/7生产，但仍未发挥全潜力。加工循环共56分钟，UR5e仅忙于看护零件6分钟。“其余时间协作机器人就闲置等待下一循环。我们想让它忙起来，”Wittenberg说。为占用更多协作机器人时间，车间增加零件冲洗清洗站。

凭借30微米重复定位精度，UR5e能精确将多螺纹零件嵌入夹具。CNC循环含立加三工序：两工序在虎钳夹具、一工序在四轴旋转单元。

UR5e从CNC取出加工件后，浸入冲洗液，经气流吹干，将清洗干燥件放入发货架。机械车间还能通过UR5e I/O接口控制气动夹具和门执行器。“这极大减少CNC布线需求，保留CNC所有标准安全功能，”Ojalehto解释。

学会编程

Toolcraft虽请系统集成商协助启动初始应用，但机械车间自行编程安装了冲洗干燥站。“真正让我们能做到的是Universal Robots提供的所有免费在线支持，”Wittenberg说。“自动化工程师修完UR Academy在线课程，花几小时与集成商配合，就能将该站添加到协作机器人循环。”

Toolcraft为UR5e选用PHD的PneuConnect夹具作为末端执行工具。UR+认证意味着夹具经认证可与UR协作机器人无缝协作，所有编程软件直接集成在UR协作机器人示教器上。

“Toolcraft零机器人经验，”自动化工程师Brian Laulainen说。“UR Academy非常直观、互动、有趣，比单读书有趣得多。”

起初Wittenberg担心冲洗站编程阶段产量会下降，因协作机器人被拉离常规看护任务。团队发现可用Universal Robots模拟器离线编程几乎整个循环增量，而协作机器人持续工作。离线程序直接通过USB加载进UR5e示教器。“我在办公室做的程序，只设空路径点。一到协作机器人旁，就能快速用自由驱动移动机器人到正确位置教导新路径点，”Laulainen说。

凭借UR5e，Toolcraft比人工提前七周完成年度产量。

再接再厉：每年增一台协作机器人

首台协作机器人成功安装后，Toolcraft计划今后每年再增一台。“我们自己的自动化工程师现能进场排查任何问题，是达成此目标关键，”Wittenberg说。下一预期自动化任务是看护卧式加工中心。“那是潜在挑战，因铣床用旋转工作台在铣床内换进换出，造成夹具困难。但我们有信心用Universal Robot和夹具创新解决。”