Robot de mecanizado para la máxima precisión y dinámica en la producción

El Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM, Stade, junto con Siemens AG y autonox Robotics GmbH, presentaron un nuevo desarrollo un nuevo robot capaz de mecanizar con gran precisión acero templado, aluminio y plástico reforzado con fibra.

Fraunhofer IFAM, en Stade, ha desarrollado una tecnología pionera junto con Siemens para mejorar la dinámica y la precisión de los robots industriales. Esta tecnología integra estrategias de control inteligentes basadas en modelos con tecnologías de accionamiento innovadoras, que se combinan con una estructura mecánica de robot optimizada por autonox Robotics. Este desarrollo permite compensar los errores dinámicos y amortiguar eficazmente las vibraciones. Esto mejora significativamente la precisión de la trayectoria, incluso a altas velocidades de avance y movimientos de trayectoria complejos.

Una ventaja particular es el rechazo optimizado de perturbaciones, que garantiza una precisión constante incluso con fuerzas de proceso altamente dinámicas. Por lo tanto, este concepto de accionamiento permite un mecanizado con mayores tasas de eliminación de material, así como la capacidad de operar con ajustes de sacudidas más altos, lo que conduce a un aumento significativo de la productividad.

Gracias a estas propiedades, el ‘robot para máquinas-herramienta’ (MTR) cierra la brecha entre los robots industriales clásicos y las máquinas-herramienta. Es especialmente adecuado para procesos de fabricación exigentes, por ejemplo, en el mecanizado de materiales más duros, y abre nuevas posibilidades para la tecnología de automatización y la industria inteligente.

Los robots industriales permiten un concepto de máquina alternativo, especialmente si se utilizan junto con una ampliación del espacio de trabajo mediante una plataforma de movimiento superficial o ejes de traslación adicionales, como ejes lineales, o en combinación con otros robots.

En comparación con los sistemas de pórtico o las máquinas-herramienta, este concepto de máquina ahorra mucho más espacio y no está vinculado económicamente a componentes individuales de gran tamaño. Además, no se necesitan cimientos especiales, lo que facilita la adaptación de las líneas de producción en el futuro.

La combinación de la cinemática de brazo articulado en serie con un eje lineal ofrece muchas ventajas con respecto a los grandes pórticos y las máquinas especiales para el procesamiento. El menor espacio de montaje y el diseño modular del eje lineal hacen que el sistema sea muy flexible. El uso de dos accionamientos de cremallera y piñón precargados compensa los efectos de inversión y consigue una rigidez de accionamiento suficientemente alta del carro del eje lineal para procesos robóticos con precisión de trayectoria. Debido a la alta rigidez estructural del eje lineal, las influencias en la precisión del robot son bajas a pesar de los grandes brazos de palanca hasta el punto de aplicación de la carga.

Una aplicación de software para la calibración basada en modelos desarrollada en Fraunhofer IFAM en Stade, ‘CaliRob’, abre una tecnología complementaria para aumentar la precisión: debido a las inevitables tolerancias de fabricación, los robots industriales presentan desviaciones individuales con respecto al sistema ideal. Estas desviaciones pueden dar lugar a errores de hasta varios milímetros al acercarse a las posiciones objetivo en los sistemas robóticos sin conocer dichas desviaciones. Por lo tanto, para lograr la mayor precisión posible, los robots industriales deben calibrarse según los requisitos, por ejemplo, con ‘CaliRob’. Un elemento clave de esta aplicación es un modelo matemático muy extenso que incluye más de 200 parámetros para describir la cinemática del robot en un eje lineal.

En el siguiente paso, los expertos del Fraunhofer IFAM probarán el nuevo sistema robótico junto con sus socios de I+D Siemens AG y autonox Robotics GmbH en aplicaciones industriales exigentes con el fin de seguir avanzando en el potencial de las tecnologías. Para ello se utiliza un husillo robótico de Weiss Spindeltechnologie, diseñado para soportar grandes pesos.

Los robots para máquinas-herramienta pueden utilizarse para una amplia gama de aplicaciones: en combinación con un eje lineal, el espectro abarca desde tareas de mecanizado de la industria aeroespacial, como estructuras compuestas de fibra más ligeras y aleaciones de aluminio, hasta el mecanizado de materiales más duros, como el acero o el titanio, que se utilizan, por ejemplo, en la construcción de ferrocarriles, vehículos comerciales y barcos, así como en el sector energético. Hasta ahora, no era posible mecanizar estos componentes y materiales de forma industrialmente robusta con robots industriales. En particular, el mecanizado de materiales más duros con robots para máquinas-herramienta parece tener un futuro prometedor.

El Ministerio de Economía, Transporte y Vivienda de Baja Sajonia, así como el NBank, financiaron el proyecto de investigación LuFo ‘Robots Made in Lower Saxony 2’ (‘RoMaNi 2’; código de financiación: ZW1-80155399). En nombre de todos los socios del proyecto, Fraunhofer IFAM desea agradecer al Ministerio de Economía, Transporte y Vivienda de Baja Sajonia y al NBank, así como al Centro Aeroespacial Alemán (DLR) como agencia de gestión del proyecto, su apoyo.

En el vídeo puede verse el nuevo tipo de robot de mecanizado que cierra la brecha entre los robots industriales clásicos y las máquinas-herramienta.