Jak przygotować celę zrobotyzowaną w DELMIA?

Projektowanie celi zrobotyzowanej dla zespołu konstrukcyjnego to trudne wyzwanie. Wymaga ono skrupulatnej pracy na każdym etapie. Tylko wtedy gotowe stanowisko precyzyjnie spełni swoje zadanie. Nasz zespół zrealizował takie zadanie podczas przygotowań do targów STOM KIELCE. Pokazaliśmy jak nowoczesne systemy CAD/CAM wspierają inżynierów. W rękach odpowiednich specjalistów narzędzia te gwarantują pełną weryfikację procesu. W tym artykule przybliżymy Ci proces tworzenia celi zrobotyzowanej. Pokażemy możliwości oprogramowania DELMIA na przykładzie stanowiska z robotem frezującym.

Dlaczego warto wybrać oprogramowanie DELMIA?

Oprogramowanie DELMIA umożliwia programowanie oraz modelowanie środowiska produkcyjnego w 3D. Narzędzie to w pełni integruje się z systemami CAD i CAM. Dzięki temu inżynierowie mogą walidować procesy i wprowadzać korekty w czasie rzeczywistym. W konsekwencji firma minimalizuje ryzyko błędów, poprawia płynność pracy oraz zwiększa bezpieczeństwo.

Wirtualne odzwierciedlenie rzeczywistości fabrycznej przynosi ogromne oszczędności. Przede wszystkim eliminuje potrzebę budowania drogich, fizycznych prototypów. Ponadto technologia pozwala na programowanie robotów w trybie offline (OLP). Inżynierowie programują maszyny bez zatrzymywania bieżącej produkcji. Jednoczesną walidację ruchów zapewniają cyfrowe bliźniaki (Virtual Twins). W ten sposób zakłady produkcyjne skracają czas wdrożenia nowego stanowiska nawet o kilkadziesiąt procent.

Krok 1: Dane wejściowe i layout w SOLIDWORKS

Prace rozpoczęliśmy od przygotowania projektu celi w programie SOLIDWORKS. Na tym etapie zaplanowaliśmy dokładny layout stanowiska. Każdy element zajął swoje stałe miejsce. Następnie rozmieściliśmy modele bryłowe na mapie stanowiska w postaci rysunku 2D. Taki zabieg pozwolił nam optymalnie ustawić maszyny i wstępnie zweryfikować zasięg robota.

Warto jednak pamiętać o ograniczeniach. Taki projekt odzwierciedla realne środowisko i wykorzystuje cyfrowe bliźniaki, ale nie posiada łańcucha kinematycznego. Oznacza to, że na tym etapie nie można jeszcze walidować ruchów maszyn. Dlatego w kolejnym kroku przenieśliśmy gotową celę do środowiska 3DEXPERIENCE, a dokładnie do aplikacji DELMIA Robot Programming Essentials. W tym miejscu rozpoczęliśmy proces tworzenia i definiowania zasobów celi.

Krok 2: Import i pozycjonowanie robota FANUC R-2000/210F

Nasze stanowisko wyposażyliśmy w zaawansowanego robota FANUC R-2000/210F. Wybraliśmy ten model ze względu na jego dużą sztywność, która idealnie sprawdza się podczas wymagających procesów frezowania. Projektanci doceniają system DELMIA za rozbudowaną bibliotekę, która zawiera ponad 1000 gotowych modeli robotów. Każdy z nich ma już zdefiniowany fabryczny łańcuch kinematyczny. Dzięki temu konstruktorzy nie muszą budować mechaniki ramienia od zera.

Dostępność konkretnego robota na liście producentów można łatwo zweryfikować na oficjalnej stronie internetowej wydawcy oprogramowania.

Następnie zaimportowaliśmy robota do głównej celi. Umieściliśmy go dokładnie w miejscu modelu z programu SOLIDWORKS. Na koniec zablokowaliśmy pozycję maszyny za pomocą relacji „Fixed”.

Krok 3: Weryfikacja kinematyki za pomocą funkcji Jog Mechanism

Po osadzeniu robota musieliśmy sprawdzić poprawność definicji jego łańcucha kinematycznego. Do tego zadania użyliśmy intuicyjnej funkcji „Jog Mechanism”. Narzędzie to wizualizuje stopnie swobody maszyny. Nasz model posiada 6 osi obrotu, a każda z nich ma określone limity ruchu.

Podczas interaktywnego poruszania ramieniem system natychmiast ostrzega o przekroczeniu dopuszczalnych zakresów. Wtedy użytkownik może ręcznie zmienić wartości poszczególnych osi. Alternatywnie program pozwala zmienić konfigurację robota. System automatycznie przełącza wtedy ramie w inny tryb, który pozwala zrealizować to samo zadanie produkcyjne, ale w bezpiecznym zakresie ruchu. Zapobiega to kolizjom i uszkodzeniom sprzętu jeszcze przed uruchomieniem fizycznej maszyny.

Krok 4: Konfiguracja wrzeciona frezującego

Istotny element robota w perspektywie naszej celi stanowi wrzeciono frezujące. Dopiero po montażu wrzeciona na ramieniu robota możemy precyzyjnie określić bezpieczne pozycje odjazdów. Narzędzie pozwala zaplanować te ruchy tak, aby maszyna realizowała je w pełni bezpiecznie.

Przed importem celowo upraszczam model bryłowy wrzeciona. Dzięki temu plik nie obciąża zbytnio całego projektu. Jednocześnie zachowuję kluczowy kształt, wymiary gabarytowe oraz te elementy, które mogłyby wywołać kolizję podczas pracy.

Po zaimportowaniu modelu musimy określić typ oprzyrządowania. W tym celu wybieram opcję „Tool Equipment”. Taka klasyfikacja pozwoli nam w kolejnym kroku bez problemu uzbroić robota w zdefiniowane wrzeciono.

Następnie tworzę specjalne układy współrzędnych, które system nazywa „Mounting Ports”. Te punkty służą do precyzyjnego osadzenia wrzeciona na flanszy robota. Wyznaczają one również punkt montażu samego narzędzia frezującego we wrzecionie. Wykorzystuję do tego funkcję „Mechanical Port Management”. Za jej pomocą sprawnie generuję wymagane porty w układach zaimportowanych razem z wrzecionem.

Teraz zapisuję dokonane zmiany i przechodzę do importu wrzeciona do głównego projektu celi. Dodaję zapisany obiekt „Tool Equipment”, a funkcja „Tool Set” pozwala mi trwale połączyć robota z wrzecionem. W tym miejscu idealnie sprawdzają się zdefiniowane wcześniej porty, ponieważ znacznie ułatwiają i przyspieszają cały proces łączenia.

Oprogramowanie automatycznie tworzy między obiektami relację „Parent – Child” (Rodzic – Dziecko). To powiązanie uzależnia kinematykę wrzeciona od ruchów robota. W efekcie wrzeciono staje się integralną częścią ramienia, a system porusza nim z wykorzystaniem wszystkich sześciu osi maszyny.

Krok 5: Definiowanie pozycji startowej (Home Position)

Na tym etapie możemy już zdefiniować bezpieczną pozycję początkową robota, czyli tak zwaną „Home Position”. To z tego miejsca maszyna będzie rozpoczynała proces obróbki i tam powróci po zakończeniu frezowania.

W tym celu uruchamiam funkcję „Home Position”. Dodaję nową pozycję do listy i przechodzę do edycji położenia ramienia. Program ponownie otwiera znane nam już okno „Jog Mechanism”. W tym oknie mogę dowolnie manipulować maszyną. Chwytam za model wrzeciona w oknie głównym lub przesuwam suwaki poszczególnych osi. Ustawiam robota w bezpiecznym miejscu i zatwierdzam konfigurację. W ten sposób generuję punkt bezpieczny. Wykorzystam go później podczas programowania właściwych ścieżek frezarskich.

Krok 6: Budowa kinematyki imadła spawalniczo-frezarskiego

Przed importem właściwego detalu chcemy dodać do projektu imadło. Ten element będzie sztywno trzymał nasz materiał podczas skrawania. Pobieram oficjalny model bryłowy ze strony producenta i importuję go do środowiska DELMIA Programming Essentials. W tym przypadku również musimy stworzyć od podstaw pełną kinematykę. Dzięki temu zyskamy możliwość wirtualnego operowania imadłem i będziemy mogli zmieniać rozstaw jego szczęk w symulacji.

Po imporcie definiuję imadło jako „Tool Equipment”. To działanie ułatwi mi późniejsze wyszukiwanie i ładowanie oprzyrządowania do kolejnych projektów. Budowę łańcucha kinematycznego zaczynam od płyty podstawy. Mocuję ją na stałe do stołu obróbczego za pomocą wiązania „Fixed Joint”.

Następnie łączę podstawę szczęk z płytą główną za pomocą sztywnego połączenia „Rigid Joint”. Same szczęki dociskowe łączę natomiast wiązaniem pryzmatycznym „Prismatic Joint”. To specyficzne połączenie pozwala precyzyjnie wskazać oś, po której będzie przesuwał się dany element.

Po zadeklarowaniu całego układu kinematycznego przechodzę do określenia limitów fizycznego przejazdu. Używam do tego funkcji „Travel Limit”. To w niej wpisuję maksymalny i minimalny rozstaw szczęk naszego imadła. Podobnie jak przy wrzecionie, musimy zdefiniować punkty montażowe. Wskazuję miejsce mocowania imadła na stole oraz punkt osadzenia detalu w szczękach. Ponownie wykorzystuję do tego funkcję „Mechanical Port Management”.

Zapisuję gotowe imadło i importuję je do naszej głównej celi zrobotyzowanej. Za pomocą polecenia „Jog Mechanism” sprawdzam działanie mechanizmu. Weryfikuję limity przesuwu i ostatecznie przygotowuję imadło na przyjęcie detalu do obróbki skrawaniem.

Krok 7: Implementacja dedykowanego kontrolera FANUC

Ostatni krok przed ostateczną akceptacją celi zrobotyzowanej to wdrożenie odpowiedniego sterownika (postprocesora). DELMIA posiada w swojej bazie fabryczne kontrolery do każdego popularnego typu maszyny. Otwieram odpowiedni plik kontrolera w programie. Następnie w parametrach robota wybieram pobrany sterownik, który w pełni odpowiada specyfikacji robotów FANUC.

Kontroler udostępnia inżynierowi zestaw zaawansowanych parametrów. Dzięki nim możemy idealnie dostosować wyjściowy kod języka robota (G-kod / kody ruchu) do konkretnej szafy sterowniczej. Taka optymalizacja pozwala wygładzić ruchy ramienia i usunąć błędy jeszcze przed etapem postprocessingu. W razie specyficznych wymagań dystrybutor oprogramowania może również ręcznie zmodyfikować kod źródłowy takiego kontrolera.

Elastyczność platformy 3DEXPERIENCE

W tym momencie nasza cela jest w pełni gotowa. Możemy bezpiecznie zaimportować detal i zająć się przygotowaniem właściwej obróbki frezarskiej.

Dzięki zintegrowanemu środowisku platformy 3DEXPERIENCE zyskujemy ogromną elastyczność. W każdej chwili możemy wrócić do definicji poszczególnych narzędzi lub robota. Możemy sprawnie wprowadzać zmiany konstrukcyjne lub szybko przebudować całe stanowisko. Tak przygotowany projekt celi ma charakter uniwersalny. Pozwala to na szybką podmianę detali, stosowanie różnych modeli imadeł, a nawet na całkowitą wymianę modelu robota lub wrzeciona w zaledwie kilka kliknięć.