Robô de maquinagem para máxima precisão e dinâmica na produção

O Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Fabricação e Materiais Avançados IFAM, em conjunto com a Siemens AG e a autonox Robotics GmbH, apresentou um novo desenvolvimento: um novo robô capaz de realizar maquinagem com grande precisão em aço temperado, alumínio e plástico reforçado com fibra.

O Fraunhofer IFAM, em Stade, desenvolveu uma tecnologia pioneira em conjunto com a Siemens para melhorar a dinâmica e a precisão dos robôs industriais. Esta tecnologia integra estratégias de controlo inteligentes baseadas em modelos com tecnologias de acionamento inovadoras, combinadas com uma estrutura mecânica de robô otimizada pela autonox Robotics. Este desenvolvimento permite compensar erros dinâmicos e amortecer eficazmente as vibrações, o que melhora significativamente a precisão da trajetória, mesmo a altas velocidades de avanço e movimentos de trajetória complexos.

Uma vantagem particular é a rejeição otimizada de perturbações, que garante uma precisão constante mesmo com forças de processo altamente dinâmicas. Portanto, este conceito de acionamento permite uma maquinagem com maiores taxas de remoção de material, bem como a capacidade de operar com ajustes de vibração mais altos, o que leva a um aumento significativo da produtividade.

Graças a estas propriedades, o ‘robô para máquinas-ferramenta’ (MTR) preenche a lacuna entre os robôs industriais clássicos e as máquinas-ferramenta. É especialmente adequado para processos de fabrico exigentes, por exemplo, na maquinagem de materiais mais duros, e abre novas possibilidades para a tecnologia de automação e a indústria inteligente.

Os robôs industriais permitem um conceito de máquina alternativo, especialmente se forem utilizados em conjunto com uma ampliação do espaço de trabalho por meio de uma plataforma de movimento superficial ou eixos de translação adicionais, como eixos lineares, ou em combinação com outros robôs.

Em comparação com os sistemas de pórtico ou as máquinas-ferramenta, este conceito de máquina economiza muito mais espaço e não está economicamente vinculado a componentes individuais de grandes dimensões. Além disso, não são necessárias fundações especiais, o que facilita a adaptação das linhas de produção no futuro.

A combinação da cinemática do braço articulado em série com um eixo linear oferece muitas vantagens em relação aos grandes pórticos e máquinas especiais para processamento. O menor espaço de montagem e o design modular do eixo linear tornam o sistema muito flexível. A utilização de dois acionamentos de cremalheira pré-carregados compensa os efeitos de inversão e consegue uma rigidez de acionamento suficientemente elevada do carro do eixo linear para processos robóticos com precisão de trajetória. Devido à elevada rigidez estrutural do eixo linear, as influências na precisão do robô são baixas, apesar dos grandes braços de alavanca até ao ponto de aplicação da carga.

Uma aplicação de software de calibração baseada em modelos desenvolvida no Fraunhofer IFAM em Stade, ‘CaliRob’, oferece uma tecnologia complementar para aumentar a precisão: devido às inevitáveis tolerâncias de fabrico, os robôs industriais apresentam desvios individuais em relação ao sistema ideal. Para obter a maior precisão possível, os robôs industriais devem ser calibrados de acordo com os requisitos, por exemplo, com o ‘CaliRob’. Um elemento-chave desta aplicação é um modelo matemático muito extenso que inclui mais de 200 parâmetros para descrever a cinemática do robô num eixo linear.

No próximo passo, os especialistas do Fraunhofer IFAM irão testar o novo sistema robótico em conjunto com os seus parceiros de I&D Siemens AG e autonox Robotics GmbH em aplicações industriais exigentes, com o objetivo de continuar a desenvolver o potencial das tecnologias. Para tal, é utilizado um fuso robótico da Weiss Spindeltechnologie, concebido para suportar grandes pesos.

Os robôs para máquinas-ferramenta podem ser utilizados para uma ampla gama de aplicações: em combinação com um eixo linear, o espectro abrange desde tarefas de maquinagem na indústria aeroespacial, como estruturas compostas de fibra mais leves e ligas de alumínio, até à maquinagem de materiais mais duros, como aço ou titânio, que são utilizados, por exemplo, na construção de ferrovias, veículos comerciais e navios, bem como no setor energético. Até agora, não era possível maquinar esses componentes e materiais de forma industrialmente robusta com robôs industriais. Em particular, a maquinagem de materiais mais duros com robôs para máquinas-ferramenta parece ter um futuro promissor.

O Ministério da Economia, Transportes e Habitação da Baixa Saxónia, bem como o NBank, financiaram o projeto de investigação LuFo ‘Robots Made in Lower Saxony 2’ (‘RoMaNi 2’; código de financiamento: ZW1-80155399). Em nome de todos os parceiros do projeto, o Fraunhofer IFAM gostaria de agradecer ao Ministério da Economia, Transportes e Habitação da Baixa Saxónia e ao NBank, bem como ao Centro Aeroespacial Alemão (DLR) como agência de gestão do projeto, pelo seu apoio.