Usinagem CNC: Chave para o Sucesso na Fabricação de Robótica

Robôs parecem estar em toda parte hoje em dia — trabalhando em filmes, aeroportos, produção de alimentos e até fábricas que fazem outros robôs. Robôs têm muitas funções e usos diferentes, e à medida que se tornam mais fáceis e baratos de fabricar, também estão se tornando mais comuns na indústria. À medida que a demanda por tecnologia robótica aumenta e os fabricantes de robôs precisam acompanhar, um método primário de fabricação de peças robóticas é a usinagem CNC. Continue lendo para saber mais sobre componentes mecânicos padrão, materiais robóticos adequados e por que a usinagem CNC é tão importante para a fabricação robótica.

A Usinagem CNC é Feita Sob Medida para Robôs

Por um lado, a usinagem CNC permite a produção de peças com prazos de entrega extremamente rápidos. Quase assim que você tem seu modelo 3D pronto, pode começar a fabricar componentes com uma máquina CNC. Isso permite iteração rápida de protótipos e entrega rápida de peças robóticas personalizadas para aplicações especiais.

Outra vantagem da usinagem CNC é sua capacidade de fabricar peças exatamente conforme especificação. Essa precisão de fabricação é especialmente importante para robótica, onde a precisão dimensional é fundamental para construir robôs de alto desempenho. A usinagem CNC de precisão pode manter tolerâncias apertadas de +/- 0,015 mm, e esta peça cuidadosamente elaborada permite os movimentos precisos e repetíveis pelos quais o robô é conhecido e valorizado.

Acabamento de superfície é outra razão para usar usinagem CNC para produzir peças robóticas. Peças interativas precisam ter baixo atrito, e a usinagem CNC de precisão pode produzir peças com rugosidade de superfície tão baixa quanto Ra 0,8 μm, e ainda menor através de operações de pós-processamento como polimento. Em contraste, fundição sob pressão (antes de qualquer processo de acabamento) tipicamente produz uma rugosidade de superfície próxima a 5 μm. Impressão 3D de metal produz um acabamento de superfície mais rugoso.

Finalmente, o tipo de material usado no robô é ideal para usinagem CNC. Robôs precisam ser capazes de mover e levantar objetos de forma estável, o que requer materiais fortes e duros. Essas propriedades necessárias são melhor alcançadas pela usinagem de certos metais e plásticos, conforme descrito na seção Materiais abaixo. Além disso, robôs são frequentemente usados para fins personalizados ou produção de baixo volume, tornando a usinagem CNC uma escolha natural para peças robóticas.

Tipos de Peças de Robô Feitas por Usinagem CNC

Com tantas funções possíveis, muitos tipos diferentes de robôs evoluíram. Vários tipos principais de robôs são comumente usados. Robôs articulados têm um único braço com múltiplas juntas, que muitas pessoas já viram. Há também o robô SCARA (Braço Robótico Articulado de Conformidade Seletiva), que pode mover coisas entre dois planos paralelos. SCARA têm alta rigidez vertical porque seu movimento é horizontal.

As juntas do robô Delta estão na base, o que mantém o braço leve e capaz de mover-se rapidamente. Finalmente, robôs gantry ou cartesianos têm atuadores lineares que se movem a 90 graus uns dos outros. Cada um desses robôs tem configurações e aplicações diferentes, mas geralmente, cinco componentes principais compõem o robô (manipulador, efetor final, motor, controlador, sensor).

Braço Robótico

Braços robóticos variam amplamente em forma e função, então muitos componentes diferentes podem ser usados. No entanto, uma coisa que eles têm em comum é sua capacidade de mover ou realizar operações em objetos — diferente de braços humanos! Diferentes partes do braço robótico são até nomeadas após nós mesmos: as juntas do ombro, cotovelo e pulso giram e controlam o movimento das partes entre elas.

As peças estruturais de um braço robótico precisam ser rígidas e fortes para que possam levantar objetos ou aplicar força. A usinagem CNC é a escolha certa devido aos materiais usados para atender a esses requisitos (aço, alumínio e alguns plásticos). Peças menores, como engrenagens ou rolamentos nas juntas, ou as peças da carcaça ao redor de um braço, também podem ser usinadas CNC.

Efetor Final do Robô

Um efetor final é um acessório conectado à extremidade de um braço robótico. Efetores finais permitem personalizar a funcionalidade do robô para diferentes operações sem construir um robô totalmente novo. Eles podem ser garras, pinças, aspiradores ou ventosas.

Estes efetores finais tipicamente têm componentes usinados CNC em metal (geralmente alumínio, mais sobre seleção de material depois). Um dos componentes é permanentemente conectado à extremidade do braço do robô. Uma garra real, ventosa ou outro efetor final (ou array de efetores finais) acopla-se a esta montagem, para que possa ser controlado por um braço robótico.

Esta configuração com dois componentes diferentes facilita a troca de diferentes efetores finais, para que o robô possa ser adaptado a diferentes aplicações. Você pode ver isso na imagem abaixo. O disco inferior será aparafusado a uma peça correspondente no braço do robô, permitindo conectar a mangueira que opera a ventosa ao suprimento de ar do robô. Os discos superior e inferior são exemplos de peças usinadas CNC.

Motor de Acionamento do Robô

Todo robô precisa de motores para acionar o movimento dos braços e juntas. Motores servo podem ser usados para alimentar a operação do robô.

O próprio motor tem muitas peças móveis, muitas das quais podem ser usinadas CNC. Tipicamente, o motor tem algum tipo de carcaça usinada para a fonte de alimentação e suportes usinados para conectá-lo ao braço robótico. Tais suportes são geralmente usinados CNC. E os rolamentos e eixos do robô são geralmente usinados CNC. Os eixos do robô podem ser usinados em um torno CNC para reduzir diâmetro ou em uma fresadora para adicionar características especiais.

Finalmente, as engrenagens que transmitem o movimento do motor para juntas do robô ou outros componentes podem ser usinadas CNC usando fresadoras, EDMs ou máquinas de corte de engrenagens.

Controlador

O controlador é o cérebro do robô, ele faz o que você acha que fará — geralmente controla os movimentos precisos do robô. Como o computador do robô, ele recebe entrada de sensores e modifica o programa que controla a saída. Isso requer uma placa de circuito impresso (PCI) para abrigar os componentes eletrônicos. Esta PCI pode ser usinada CNC no tamanho e forma desejados antes de adicionar a eletrônica.

Sensor

Conforme mencionado acima, os sensores recebem informações sobre o ambiente do robô e as enviam de volta ao controlador do robô. O sensor também requer uma PCI que pode ser usinada CNC. Às vezes, esses sensores também são abrigados em carcaças usinadas CNC.