如果有人認為，使用關(guān)節臂機器人無(wú)法完成硬質(zhì)材料的精密加工，那么 toolcraft 公司就會(huì )用事實(shí)證明他們的觀(guān)點(diǎn)是錯誤的。Daniel Distler 和 Andreas Bauer 使用倍福的 TwinCAT CNC 和基于 PC 的控制技術(shù)，讓機器人單元能夠精密加工包括碳化硅和灰鑄鐵實(shí)心棒在內的零部件。

 
  與五軸數控系統一樣，操作和軌跡規劃也通過(guò) G 代碼進(jìn)實(shí)現，并在定制的 CP3921 多點(diǎn)觸控控制面板上實(shí)現可視化。

  toolcraft 清楚地了解加工制造業(yè)的需求，哪些工藝和技術(shù)在實(shí)踐中有效，哪些無(wú)效。因為 toolcraft 不僅使用其 60 臺 CNC 機床為客戶(hù)進(jìn)行生產(chǎn)，而且還為各個(gè)行業(yè)的企業(yè)設計、規劃和建造交鑰匙生產(chǎn)系統。
  toolcraft 公司成立于 1989 年，起初是一家合同制造商，后來(lái)逐步增加了各種制造服務(wù)，比如在 2005 年新增了注模和模具制造服務(wù)，以及在 2011 年新增了增材制造服務(wù)。2015 年，機器人技術(shù)成為 toolcraft 最新的技術(shù)部門(mén)�！盁o(wú)論我們在哪種技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展業(yè)務(wù)，我們都希望擁有提供完整解決方案所需的專(zhuān)業(yè)知識�！睓C器人技術(shù)部門(mén)經(jīng)理 Daniel Distler 解釋道，他主要負責公司的銷(xiāo)售和人事工作。
  其產(chǎn)品范圍包括各種簡(jiǎn)單設備以及可集成到客戶(hù)現場(chǎng)現有系統中的復雜系統�！芭鋫湫录夹g(shù)的設備與最終客戶(hù)的現有控制系統之間的連接并不總是那么容易，但如果采用靈活的控制技術(shù)，就能輕松做到�！眛oolcraft 機器人技術(shù)（工程）部門(mén)經(jīng)理 Andreas Bauer 說(shuō)道。
  適用于各種應用的自動(dòng)化平臺
  這就是 Andreas Bauer 和 Daniel Distler 依賴(lài)基于 PC 的控制技術(shù)的原因，例如在生產(chǎn)單元中使用七軸銑削機器人進(jìn)行 CNC 零件加工�！�TwinCAT CNC 是第一款集成連接史陶比爾機器人控制器（TwinCAT Robotics uniVAL PLC，TF5130）的接口的控制器�！霸陧椖繉�(shí)施過(guò)程中，這個(gè)軟件包為我們實(shí)帶來(lái)了很多便利�！盇ndreas Bauer 回憶道。目前，有個(gè)用戶(hù)正在使用 toolcraft 設計的加工單元用大型碳化硅和灰鑄鐵塊銑削加工晶圓生產(chǎn)底座�！霸谶@方面，toolcraft 已經(jīng)在使用我們的 TwinCAT CNC�！北陡＜~倫堡分公司銷(xiāo)售 Alexander Klos 補充道。

 
  樣機的整個(gè)控制和監測系統都在搭載 Intel® CoreTM i7 CPU 和四個(gè)處理器核的 CX2040 嵌入式控制器（左下）上運行。

  最初，客戶(hù)仍然使用傳統的五軸 CNC 機床加工金屬塊。但銑削硬質(zhì)材料時(shí)會(huì )產(chǎn)生極細的粉塵，這些粉塵會(huì )滲透到每個(gè)接縫處、直線(xiàn)導軌和軸承中，短時(shí)間內就會(huì )造成很?chē)乐氐膯?wèn)題。CNC 機床很快就出現了磨損，需要進(jìn)行大修�！拔覀儺敃r(shí)就知道，使用 TwinCAT CNC 后，我們就可以在大到 1 立方米的加工區域內實(shí)現 2/10 毫米的高精度，同時(shí)還能對史陶比爾機器人進(jìn)行密封并施加超高壓�！盌aniel Distler 強調道。這些技術(shù)知識積累來(lái)自各個(gè)項目，例如，在這些項目中，機器人被完全拆解并密封，即使在水深達 20 米的情況下仍能可靠運行。
  新一代數控機器人
  機器人在零件加工中有著(zhù)巨大的潛力，但應該把重點(diǎn)放在哪里呢？“我們對機器人銑削的發(fā)展方向進(jìn)行了長(cháng)時(shí)間的認真思考，當然還有如何實(shí)現發(fā)展�！盌aniel Distler 解釋道。我們的目標不僅是進(jìn)一步提高加工質(zhì)量，將其提升到一個(gè)新的水平，而且還要確保用戶(hù)在創(chuàng )建加工程序時(shí)不會(huì )有任何改變。在 2018 年項目開(kāi)始時(shí)，用“最佳方案”仔細檢查了加工單元的所有組件：機器人、旋轉工作臺、換刀裝置、銑削主軸，當然還有控制技術(shù)。Andreas Bauer 說(shuō)道：“從我們過(guò)去八年積累的專(zhuān)業(yè)知識和經(jīng)驗來(lái)看，我們對各種運動(dòng)學(xué)和設計的優(yōu)缺點(diǎn)了如指掌�！蔽覀兣c一家機器人供應商合作，利用這些專(zhuān)業(yè)知識開(kāi)發(fā)出了能夠提高構件剛度、防塵/防水性能、有效載荷以及機械臂伸展范圍的運動(dòng)學(xué)功能。
  因此，目前的加工單元配置的是基于新型運動(dòng)學(xué)的高端數控機器人�！俺�了 TwinCAT CNC 之外，toolcraft 還為其新一代數控機器人配備了倍福的伺服驅動(dòng)器和伺服電機�！盇lexander Klos 補倉道。機器人所有軸的驅動(dòng)和輸出端都配備了雙軸承齒輪和編碼器。此外，還對主軸托架進(jìn)行了改裝。銑削機器人的控制系統基于功能強大的 CX2040 嵌入式控制器和 CP3921-1502-0010 CNC 多點(diǎn)觸控控制面板構成，通過(guò) CP-Link 4，只需一根以太網(wǎng)電纜（CAT.6A）即可連接面板與嵌入式控制器。AM8000 伺服電機和 AX8000 多軸伺服系統以及 TwinCAT CNC 使系統更加完善。新設計還包括內置軟管，它可以簡(jiǎn)化搬運工作。此外，它也無(wú)需單獨的機器人控制器，從而節省了控制柜空間，降低了項目的復雜性。

 
  倍福 AM8000 伺服電機以及驅動(dòng)和輸出端的編碼器確保機器人的高精度運動(dòng)控制。

  驅動(dòng)技術(shù)的直接轉換
  “雖然 toolcraft 一開(kāi)始使用的是 TwinCAT CNC 和 TwinCAT Robotics uniVAL PLC，但很快就轉換到了另一種具有不同機械結構、運動(dòng)學(xué)以及我們的驅動(dòng)和伺服驅動(dòng)技術(shù)的機器人類(lèi)型�！盇lexander Klos 在指出基于 PC 的控制技術(shù)的開(kāi)放性和靈活性這兩個(gè)重要特點(diǎn)時(shí)說(shuō)道。例如，可以將機器人軸的驅動(dòng)和輸出端編碼器輕松集成到軸控制器的軟件功能塊中。倍福能夠提供從 CNC 系統到伺服驅動(dòng)器再到電機等各種通用型產(chǎn)品系列，toolcraft 因而可以擁有各種完全不同的優(yōu)化選項�！爸苯釉L(fǎng)問(wèn)所有參數和過(guò)程設置在進(jìn)一步提高精度方面起到了很大的作用�！盇ndreas Bauer 說(shuō)道。例如，通過(guò)輸出端編碼器和適當的控制算法，進(jìn)一步補償了雖低但仍能檢測到的齒輪滯后現象。即使在施加較大的力時(shí)，例如在大規模銑削過(guò)程中或根據工作區域中刀具中心點(diǎn) (TCP) 的位置，也能快速、精確地跟蹤軸�！皽y量和校準周期的整合確保了性能的一致性�！盌aniel Distler 補充道。
  toolcraft 還可靈活選擇反饋系統和使用其它技術(shù)：伺服驅動(dòng)器支持多種編碼器接口，還可通過(guò) EtherCAT 提供其它功能選項�！拔覀兎彩露紩�(huì )提前考慮，目前正在考慮集成相機系統，以檢測和自動(dòng)加載零件�！盇ndreas Bauer 說(shuō)道。
  后處理程序和坐標轉換包括在內
  對于制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，重要的是擁有一個(gè)從 CAD 圖紙到加工程序的有效運轉的工藝流程。Daniel Distler 說(shuō)道：“我們的方法是消除用戶(hù)對機器人操作和編程的畏懼，同時(shí)提供更多的加工自由度�！被�于 PC 的控制技術(shù)在這方面也發(fā)揮了重要作用：后處理程序和坐標轉換與數控機器人的軌跡控制同時(shí)在嵌入式控制器上運行。因此，加工程序可以像平常一樣用 G 代碼編程，并從常用的 CAD/CAM 程序生成。Daniel Distler 解釋說(shuō)道：“我們希望機器人能與用戶(hù)的 CAM 軟件完美配合�！眛oolcraft 為此還提供了靈活的基于 PC 的控制平臺。