機器人學與機電一體化研究所位于奧伯普法芬霍芬的德國航空航天中心（DLR）園區(qū)內。這里的研究團隊和學生致力于研發(fā)機器人手臂、機械手和抓取器。他們開發(fā)多臂系統(tǒng)以及移動平臺可用于探索其他行星、彗星和小行星，并采集土壤樣本，特別令人印象深刻的是高度自主的飛行與行走機器人以及人形機器人。

德國航空航天中心的機器人制造部門自行生產所有高精度機器人部件，這包括在五軸加工中心上進行的銑削和鉆孔加工

高自主深度的制造能力

“我們基于具體項目進行基礎研究，通常是與工業(yè)伙伴合作，有時也獨立進行。”DLR的機械師Michael Dreer解釋道。除了機器人運動學之外，DLR還開發(fā)系統(tǒng)組件，如緊湊型電機、圖像處理系統(tǒng)、操作設備和軟件。

“不只是開發(fā)，”Dreer強調說，“我們這里擁有極高的制造自主深度，機器人上所有要求嚴苛的部件都是我們自己制造的。”

Dreer與他的6位同事共同負責研究所內的全部機械制造任務。正如Dreer所提到的，這項工作需要與設計人員在早期就進行緊密合作：“我們的部件中，電子與機械系統(tǒng)高度集成于極其狹小的空間內。每個部件在具備所有復雜性的同時，其設計也必須確保能夠合理制造。”

每位制造專家負責一個部件工藝鏈的全程：從工具和材料訂購、編程，到切削加工，直至最終的質量檢測。

Dreer已在DLR工作近30年，期間親歷了機器人技術的重大進步：“特別是在輕量化結構領域，不斷出現的創(chuàng)新對我們的制造技術也提出了更高的要求。”

DLR人形機器人手臂的外部結構由復雜的球形3D幾何形狀構成，包含多方向的固定裝置、法蘭和底切特征，這些結構通常需要五軸加工

為跟上發(fā)展步伐，DLR在幾年前投資購置了多臺五軸加工中心和數臺車銑復合加工中心。尤其是五軸加工的應用，使得CAD/CAM設備的升級也成為必要。

“我們亟需一款CAM軟件，它必須能夠與所有CAD系統(tǒng)進行數據交換，支持同步多軸和車銑復合加工，并提供高工藝可靠性。”Dreer解釋道。

在尋找具備未來潛力的CAM系統(tǒng)過程中，hyperMILL成為了焦點。機械制造部門組長Harald Wagner表示：“這款軟件非常貼近生產實際，并提供強大的技術功能。”

五軸加工成為標準

hyperMILL快速、輕松編程的功能，是DLR選擇它的一個重要理由。因為DLR機器人的外部結構具有球形3D曲面，同時還包含多種方向的固定裝置和法蘭，以及底切特征，因此加工往往只能通過五軸方式完成。“在我們之前的系統(tǒng)中，五軸編程需要耗費巨大的精力。這導致我們只有在實在別無選擇時才會使用五軸銑削。”Dreer說道。

避免使用五軸加工已成為過去式。大約3年前，Dreer開始使用hyperMILL。“這很自然，因為我主要負責復雜的五軸零件。”這位經驗豐富的精密機械師說道。

Dreer認為hyperMILL的優(yōu)勢之一在于其功能全面的集成刀具數據庫，它可以集中管理鉆孔、銑削和車削所需的所有刀具，包括轉速和進給值、針對不同材料的個性化工藝參數，甚至應用案例。“雖然我花了些時間才把所有數據錄入進去，但現在我在編程和刀具選擇上節(jié)省了大量時間。此外，我還能從優(yōu)化的加工過程中受益。”Dreer提到。

大約2年前，Dreer開始使用hyperMILL Virtual Machining （虛擬加工）。NC代碼仿真在DLR并非新鮮事物。Dreer和他的同事們認為它在五軸加工中是絕對必要的：“發(fā)生嚴重損壞碰撞的風險實在太高了。即使是經驗豐富的程序員，也永遠無法完全準確地預測機床上的實際運動情況。如果僅使用純CAM數據進行仿真，是不夠的。”

“與之前的CAM軟件相比，hyperMILL提供了更好的接口和更簡便的數據傳遞?，F在我們擁有一個連續(xù)的工作流程，我能在極短的時間內得到反饋，確認程序在機床上是否無碰撞運行——而且具有近乎百分之百的可靠性。”Dreer說。

自動化和編程加速

除了NC代碼仿真外，hyperMILL Virtual Machining還包含Optimizer（優(yōu)化器）模塊。該模塊在NC代碼生成過程中，能夠全自動地將NC程序適配到所選機床的運動學特性上。在此過程中，它會選擇最佳的技術姿態(tài)，并創(chuàng)建優(yōu)化的連接運動，用于銜接各個加工操作。

Michael Dreer表示：“面向實際應用的CAD/CAM軟件hyperMILL以其強大的技術實力和集成的資深切削加工專家知識見長。”

Dreer主要將優(yōu)化器用于Job Linking（作業(yè)鏈接）：“這個功能能安全、優(yōu)化且無碰撞地將我各個獨立的作業(yè)連接起來，完全無需我操心。”

DLR的制造團隊利用Optimizer節(jié)省了編程時間，而作為 hyperMILL Virtual Machining插件的Best Fit（最佳擬合）功能則縮短了工件裝夾和找正的時間。

“過去，我們的輕量化結構件材料去除率超過90%，而我們現在盡可能通過3D打印或鑄造來制造這些零件，”Dreer解釋道，“但是，功能性表面、孔和螺紋仍然需要使用切削加工。”

對于這些3D打印或鑄造的零件，難點在于將其裝夾到機床上并進行精確找正。這不僅需要復雜的夾具，而且耗時巨大，因為還必須確保后續(xù)零件加工的可重復性。“有了Best Fit，我們獲得了一種方法，能夠簡單快速地裝夾這類零件，并確保工藝可靠地完成切削加工。”Wagner表示。

“這為我們節(jié)省了大量精力。投資Open Mind的hyperMILL及其仿真工具Virtual Machining和Best Fit對我們來說物超所值。用它編程明顯更快，同時還能受益于具安全性的NC代碼仿真，并且裝夾打印零件也更簡單、更快捷。”Wagner說道。

本文譯自德國Werkstatt und Betrieb雜志

來源：榮格-《國際金屬加工商情》

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