De 5 stappen om kwaliteit te bereiken Robotic Incremental Forming

Mario Guillo en zijn team zijn onderzoekers aan het Institut Maupertuis in Frankrijk, dat gespecialiseerd is in industrieel onderzoek.

Het team merkte een paar problemen op met de traditionele methoden voor het vormen van plaatwerk… en ze besloten die problemen op te lossen.

Waarom het vormen van vellen in kleine batches kostbaar is

Het vormen van plaatwerk is een getallenspel. Als u een groot aantal identieke onderdelen maakt, vallen de kosten en tijd meestal gelijk. Als u echter slechts één of twee onderdelen maakt, wordt het al snel oneconomisch.

Dieptrekken is een van de meest voorkomende vormen van plaatvorming. Het omvat het ontwerpen en vervaardigen van een matrijs, en vervolgens langzaam elk vel materiaal over de matrijs “uitrekken”. Als u slechts een paar onderdelen maakt, wegen de kosten van de matrijs veel zwaarder dan de kosten van het vormen zelf.

Traditioneel is de manier waarop de meeste fabrikanten met dit probleem zijn omgegaan, gewoon om het te accepteren. “Nou, zo is het leven”, zeg je. U kruist uw vingers en hoopt dat de rest van onze bewerkingen dit ene inefficiënte proces zal compenseren. Of, als de kwaliteit niet belangrijk is, kunt u ervoor kiezen om het blad met de hand te vormen.

Mario en zijn team hebben besloten dat het niet zo hoeft te zijn. Er is een methode om kwaliteitsproducten te vormen die voordelig is voor kleine batches: incrementeel vormen.

In deze casestudy laten we zien hoe Mario en zijn team RoboDK gebruikten om op economische wijze kwaliteitsproducten te maken met stapsgewijs vormen met robots.

Wat is robotisch incrementeel vormen?

Incrementeel vormen (ook wel incrementeel vellen genoemd) is een alternatief voor dieptrekken waarbij plaatmateriaal beetje bij beetje, laag voor laag wordt vervormd. Op deze manier lijkt het een beetje op 3D printen of CNC verspanen. In plaats van in elke laag materiaal toe te voegen of te verwijderen, wordt het plaatmateriaal bij elke laag heel licht gebogen.

Sinds de jaren negentig wordt incrementeel vormen bereikt met behulp van gemodificeerde CNC-machines. De CNC-tool wordt vervangen door een eenpuntsbol die voor elke laag de gewenste vorm op het plaatmateriaal tekent. Een smeermiddel wordt gebruikt om het effect van wrijving te verminderen.

Gemodificeerde CNC-machines zijn een goede oplossing, maar hebben een probleem: ze zijn duur voor grotere onderdelen. Dit kan het onhaalbaar maken voor bedrijven die incrementeel vormen willen gebruiken voor prototyping, wat een veel voorkomende toepassing is.

Gerobotiseerd incrementeel vormen lost dit probleem op door een industriële robot te gebruiken om het gereedschap vast te houden. Het deelt overeenkomsten met robotbewerking die we in een vorige post hebben geïntroduceerd.

In tegenstelling tot CNC-machines beperkt de robot de grootte van het onderdeel niet. Als gevolg hiervan denkt Mario’s team dat gerobotiseerde incrementele vorming kan worden gebruikt voor een groot aantal toepassingen waarbij grote vellen moeten worden gevormd, waaronder schedelimplantaten, prothesen en autopanelen.

5 stappen om kwaliteit te bereiken Robotic Incremental Forming

Gerobotiseerd incrementeel vormen is verrassend eenvoudig… maar alleen als u de juiste stappen volgt. Het team gebruikte de volgende vijf stappen (zoals beschreven in hun onderzoekspaper) om tot een kwaliteitsproduct te komen met gerobotiseerde incrementele vorming:

1. Bouw het 3D-model

Bijna alle producten zijn ontworpen in CAD-pakketten (Computer Aided Design), dus deze stap zou eenvoudig moeten zijn. U moet de vorm definiëren die u wilt maken en er een 3D-model van maken.

2. Genereer een traject

U moet dan een CNC-traject genereren. Dit kan in veel CAM (Computer Aided Manufacturing) pakketten. Mogelijk kunt u zelfs het model en het traject in dezelfde software genereren. Als uw CAD/CAM-software deze functie echter niet heeft, kan een goedkoop CAM-programma zoals CamBam, MeshCAM of FreeMILL een goede optie zijn.

Het team gebruikte de CamBam CNC-software, een kosteneffectieve tool voor het ontwerpen en bouwen van CNC-modellen en trajecten.

Tijdens deze stap moet u de diepte van elke laag en de gelaagdheidstrategie bepalen. Het team legde uit dat er twee algemene strategieën zijn voor eenvoudige onderdelen:

1. Z-laag strategie — Deze eenvoudige strategie houdt in dat elke laag afzonderlijk wordt getekend, waarbij aan het begin van elke laag wordt ingesprongen.
2. Spiraalstrategie — Deze iets complexere strategie omvat het tekenen van een ononderbroken lijn die spiraalsgewijs loopt van de bovenkant van het formulier tot aan de onderkant. Dit levert een gladder stuk op en legt minder krachten op de robot.

3. G-code genereren

Zodra u uw traject heeft, is de volgende stap om het om te zetten in instructies die een CNC-machine kan begrijpen. De meest gebruikelijke optie is G-Code, maar u kunt ook APT-CLS of NCI gebruiken.

Met traditioneel CNC-gebaseerd incrementeel vormen zou dit de laatste stap zijn vóór de productie. Omdat we echter robots gebruiken, is er nog een – zeer belangrijke – stap.

4. Zet de G-Code om in robotcommando’s

Om een ​​robot te gebruiken voor incrementeel vormen, moet u de G-code omzetten in commando’s die de robot begrijpt. Elke robotfabrikant heeft echter zijn eigen programmeertaal. Sommige fabrikanten hebben gespecialiseerde CNC-software-add-ons, maar deze zijn vaak erg duur en werken alleen met hun robotmerk.

Mario en zijn team besloten RoboDK te gebruiken omdat het standaard een Robot Machining Tool bevat. Het is heel gemakkelijk te gebruiken en is kosteneffectiever dan andere opties op de markt. U laadt eenvoudig het G-Code-bestand in de software en het genereert automatisch het robotpad, waardoor robotfouten worden vermeden.

Met RoboDK konden we eenvoudig G-code converteren naar een LS-bestand en een robotprogramma uitvoeren in onze Fanuc-robotcontroller alsof het een CNC was. Met RoboDK kan de procesimplementatie op de robot worden versneld.

Mario Guillo, PhD.
RFSW Supervisor bij Institut Maupertuis

5. Breng het programma over naar de robot

De laatste stap is het overbrengen van het programma naar de robot en het incrementele vormproces starten. Als alle voorgaande stappen goed zijn verlopen, zou dit vrij eenvoudig moeten zijn. Er zijn echter twee punten waar u rekening mee moet houden:

• Kies een robot met hoge stijfheid – Robots hebben een lagere stijfheid dan CNC-machines. Hierdoor kan het gereedschap doorbuigen wanneer zeer grote krachten worden uitgeoefend, wat kan gebeuren bij bewerkingstaken. Het team gebruikte een robot voor zware lasten (met een laadvermogen van meer dan 500 kg) om ervoor te zorgen dat deze voldoende stijfheid had voor de taak.
• Vermijd onnodig dik materiaal — Dik materiaal zal moeilijk te vormen zijn met de robot vanwege hun lage stijfheid. Kies alleen de materiaaldikte die nodig is voor uw product en wees bereid om dunner materiaal te gebruiken als u doorbuigingen van het gereedschap begint te zien.

Let de eerste keer dat u het programma uitvoert op eventuele afwijkingen van het gereedschap die kunnen worden veroorzaakt door overmatige krachten die op het robotgereedschap worden uitgeoefend.