Procesamiento de superficies controlado por robot de piezas fundidas geométricamente complejas con detección de contornos en 3D y tecnología de sensores de fuerza y par inteligentes

La célula robotizada de nuevo desarrollo y gran universalidad está diseñada para el desbarbado de piezas de fundición y el mecanizado de superficies de piezas de hasta 100 kg con geometrías complejas. El objetivo del mecanizado es la eliminación uniforme de al menos 1 mm de espesor de material de la superficie total de la pieza a mecanizar (ejemplos: Accesorios de tubería de la industria petroquímica o piezas de motor de la industria del automóvil).

La pieza a mecanizar se fija en una mesa giratoria con un sistema de sujeción de paletas y se lleva así a la posición de mecanizado. Dos paletas están dispuestas en la mesa giratoria en una posición de 180°. Mientras la primera pieza se mecaniza en la célula del robot, la siguiente pieza puede sujetarse en el segundo sistema de sujeción de paletas en la mesa giratoria. La mesa giratoria hace girar la pieza a mecanizar dentro de la célula del robot y coloca el palet en la posición correcta con un sistema de sujeción de punto cero en una segunda mesa giratoria CNC dentro de la célula del robot. Esta mesa giratoria con la paleta sujeta y la pieza sobre ella es controlada por el robot industrial de 6 ejes como séptimo eje de forma libremente programable y permite así posiciones óptimas de mecanizado y enganche.

El robot de mecanizado está equipado con un husillo compacto de alto rendimiento refrigerado por agua, que garantiza una accesibilidad óptima a la pieza en combinación con la mesa giratoria CNC adicional. Un sensor de fuerza-par integrado en la pinza del robot controla con precisión la fuerza de contacto de la herramienta sobre la pieza, de modo que también se pueden realizar operaciones de mecanizado sensibles a la fuerza sobre la pieza. Esto permite un mecanizado integral totalmente automatizado de geometrías complejas.

Debido a las propiedades del material de los aceros de alta aleación de las piezas, el mecanizado se realiza con herramientas resistentes al desgaste, en este caso con muelas. Sin embargo, el sistema también puede funcionar de forma universal con otras herramientas, por ejemplo, las fresas. Por este motivo, el husillo de rectificado/fresado está equipado con un sistema de cambio de herramientas de hasta 132 herramientas, que sustituye las herramientas desgastadas por otras hermanas y garantiza un proceso de producción continuo durante muchas horas. El mecanizado de una pieza requiere tres cambios de herramienta en esta aplicación.

La tecnología de sensores de fuerza-par se utiliza desde hace varios años en el campo de la robótica para el mecanizado sin fisuras de contornos de piezas indefinidos o variables y el control de la fuerza-presión constante en los procesos de mecanizado. El contenido innovador del método presentado aquí reside en la combinación de la detección de fuerza-par con el mecanizado de superficies complejas definidas en 3D y un control de fuerza constante ortogonal a la superficie con compensación simultánea del desgaste de la herramienta. Los dibujos de diseño en 3D de las piezas se leen a través del software CAM y las trayectorias necesarias del robot se programan fuera de línea, calculándose las trayectorias de las herramientas en códigos de seis o varios ejes.

El reto de esta innovación residía en el uso de herramientas abrasivas, ya que durante el mecanizado no sólo cambia la circunferencia de la pieza, sino también el diámetro de la muela. Gracias a una programación inteligente y a la vinculación del software CAM con la tecnología del sensor de fuerza-par, conseguimos hacer lo que incluso el fabricante del software consideraba imposible. Con la ayuda de esta red y en combinación con un sistema de medición de muelas en 3D, el robot utiliza diferentes herramientas abrasivas para mecanizar de forma sensible a la fuerza superficies complejas con una elevada eliminación de material. Cuando se alcanza un diámetro de muela predefinido, la herramienta se cambia automáticamente mediante un sistema de cambio de herramienta integrado en la pinza.

La combinación del control de la fuerza y la programación CAM de la geometría de la pieza y las trayectorias del robot asociadas es especialmente necesaria para las piezas de fundición con grandes dimensiones y las desviaciones resultantes. Las desviaciones de las piezas reales con respecto al dibujo pueden ser de varios milímetros. Por lo tanto, la pieza se mide adicionalmente en los puntos de referencia especificados antes del mecanizado mediante un sensor de distancia láser acoplado al brazo del robot. Los puntos de medición así determinados se incluyen en el cálculo de las trayectorias como valores de corrección de la geometría de la pieza. El control de la trayectoria real es entonces controlado por la fuerza.