CNC обработката на роботизирано рамо превръща суровия алуминий, стомана и инженерни пластмаси в зъбни колела, съединения, опори и корпуси. Тези части често имат толеранси от ±0.001 до ±0.005 инча. Този диапазон не е догадка. Публикуваните показатели за роботика посочват толеранси от ±0.005 инча за звена на рамото до 100 мм, ±0.002 инча за отвори за лагери и интерфейси на зъбни колела и ±0.002 инча за равнини за монтаж на сервомотори.
Общите насоки за CNC обработка посочват ±0.005 инча като общ двустранен допуск. Прецизната обработка на корпуси е по-плътна: отворите на валовете остават в рамките на ±0.001 инча, а концентричността е 0.002 инча. Материалите, допустимите отклонения, изискванията за прецизност и производствените предизвикателства влияят върху крайния детайл.
CNC обработка с роботно рамо и общи компоненти
Дефиниране на CNC обработка с роботно рамо
Субтрактивно производство за роботизирани части
CNC обработката с роботно рамо е субтрактивен процес. Той отрязва материал от плътен блок, докато се появи желаната форма. Леенето и коването на материал с матрица или матрица е различен метод. 3D печатът изгражда части слой по слой, така че и този метод е различен. Субтрактивните методи работят най-добре за CNC обработени роботизирани части, когато допустимите отклонения са по-малки от ±0.01 мм. Сложните форми и производствените серии от 10 до 5,000 броя също благоприятстват този подход.
Роли в прототипирането и производството
CNC обработката обхваща както прототипиране, така и производство. В цеховете се използва 3+2 осна и едновременна 5-осна обработка като надежден мост между двете. 3D печатът е подходящ за прототипи и решетъчни структури. Но CNC обработените роботизирани части остават най-добрият избор, когато съотношението якост-тегло, повърхностната обработка и експлоатационният живот на метала са от значение. Шарнирните съединения, крайните ефектори, скоростните кутии и корпусите на сензорите зависят от тази надеждност.
Основни механични компоненти
Основа и монтажни плочи
Основите и монтажните плочи са основата. Тези части трябва да са плоски и стабилни. Алуминиевите плочи MIC-6 и Durabar са често срещани избори за големи плоски плочи. Те запазват плоскостта си след обработка поради ниското вътрешно напрежение.
Сегменти на ръката и връзки
Сегментите на рамото носят товари и определят докъде може да достигне роботът. Алуминий 7075-T6 и 6061-T6 са обичайните материали тук. И двата са леки, здрави и лесни за обработка. Анодирането прави тези повърхности по-устойчиви на износване.
Интерфейси за китка и краен ефектор
Интерфейсите за китка свързват рамото с инструмента. Тези CNC обработени части за роботи се нуждаят от плътно прилягане. Серво стойката обикновено държи ±0.02 мм. Сензорните стойки остават в рамките на ±0.05 мм. Всяка хлабина тук се проявява като грешка в позиционирането на върха на инструмента.
Компоненти на съединителните и задвижващите елементи
Корпуси за хармонични задвижвания
Корпусите на хармоничните задвижвания изискват изключителна прецизност. Техният толеранс на интерфейса е ±0.01 мм. Грапавостта на повърхността е Ra от 0.8 до 1.6 μm. Тези CNC обработени части за роботизирани машини влияят пряко върху хлабината и повторяемостта.
Капачки и фиксатори на лагери
Капачките на лагерите поддържат валовете подравнени. Отворите на лагерите издържат ±0.01 мм. Повърхностната обработка на лагерните легла е Ra от 0.4 до 0.8 μm. Толеранс H7 позволява на лагера да стои здраво, без да трака или да се изкривява ролката.
Опори и съединители за двигатели
Опорите на двигателя и съединителите предават въртящ момент. Стандартен CNC толеранс от ±0.10 мм е подходящ за рамкови връзки и опори на двигателя. Това ниво покрива около 80% от компонентите на роботите. За CNC обработка на роботни рамена, които издържат на високи натоварвания, неръждаемата стомана 17-4PH или легираната стомана 4140 се справят с напрежението.
На практика, CNC обработката на роботно рамо е пряко свързана с качеството на движението. Зъбните колела, съединенията, опорите и корпусите трябва да бъдат изработени с висока прецизност, така че роботът да се движи плавно и да се позиционира точно. Прецизната CNC обработка е от съществено значение за точни размери до малки части от милиметъра. Така че, най-подходящите за CNC обработка части на роботите включват корпуси на съединения, лагерни блокове, основи на роботи, рамена, монтажни плочи, скоби и други CNC обработени части на роботи, където лагерните сглобки и леглата на лагерите определят реалната производителност.
CNC обработка с роботно рамо: ключови процеси
Фрезоването, струговането, пробиването и нарязването на резба са основните методи, използвани при CNC обработката с роботизирано рамо. Днешните цехове използват 3-осни, 4-осни и 5-осни машини. Всяка машина може да обработва различна степен на сложност на формата. Изборът на правилния метод за всяка функция помага да се поддържат ниски разходи и висока точност.
5-осно CNC фрезоване
Сложни геометрии и подрязвания
При 5-осна обработка инструментът се движи по правите оси X, Y и Z, докато детайлът се накланя или върти по две въртящи се оси. Това едновременно движение позволява на режещия инструмент да достигне ъгли, които правият шпиндел никога не би могъл да докосне. Ъгълът на инструмента се променя непрекъснато, за да се поддържа най-добрата позиция за рязане. Оформените повърхности се получават по-гладки, с по-малко трептене и огъване на инструмента. Подрязванията и дълбоко ъгловите повърхности стават нормални задачи, вместо невъзможни.
Разликата между това и 3-осната работа е огромна. 3-осната машина копира сложни форми, използвайки много малки прави разрези, които оставят следи. Подрязванията изискват специални инструменти или допълнително завъртане на детайла. Ъгловите отвори изискват персонализирани държачи за всеки ъгъл. 5-осната машина прави всичко това с един постоянен проход.
| Функция / Стъпка на процеса | 3-осна обработка | 5-осна (многоосна) обработка |
| Сложни контури | Копирано с много малки прави разрези, оставяйки следи | Постоянното движение на инструмента създава гладка и прецизна повърхност с едно преминаване |
| Подрязвания | Не е възможно без специални инструменти или много настройки и струговане на детайла | Инструментът се накланя, за да достигне под елементите, без да премества детайла |
| Ъглови отвори | Необходими са персонализирани държачи или завъртане на детайла за всеки ъгъл | Заготовката или главата на инструмента се накланят точно до спецификацията за пробиване |
| Брой настройки | 3–6+ на част | 1–2 на част |
| Време за програмиране | Висше (много програми) | Долна (една сложна програма) |
| Време за обработка | По-високо поради промени в настройката | Много по-ниско |
| Риск от грешка | Високо (човешка грешка при настройките) | Много ниско (контролирано от машината) |
Намаляване на броя на настройките
Броят на настройките определя както разходите, така и грешките. 3-осна работа може да изисква от три до шест настройки на детайл. 5-осна работа обикновено изисква една или две. Всяко обръщане и повторно затягане добавя натрупана грешка. Обработката от една позиция на задържане изрязва всеки елемент спрямо една и съща координатна референтна точка. Това е важно за стриктното геометрично допускане между елементите на противоположните страни.
По-късите и по-твърди инструменти са друг плюс. Накланянето на шпиндела или масата показва повърхността под по-добър ъгъл, така че инструментите могат да работят по-късо с по-малко стърчане. По-малкото стърчане означава по-малко огъване, по-добра повърхностна обработка и по-малко вибрации при тънкостенни алуминиеви профили. Отстраняването на стружките също се подобрява, тъй като най-добрият ъгъл на рязане помага за отстраняването им от зоната на рязане. За контрол на топлината и натрупването на ръбове при алуминий това е истински плюс.
CNC струговане и стругово-фрезова обработка
Цилиндрични съединения и валове
Струговането е чудесно за кръгли елементи. Кръглите съединения на роботните рамена, валове и гнезда за лагери отговарят на тази група. Постоянното рязане осигурява високи скорости на отстраняване на материал и строги кръгли допуски. Стъпаловиден 12-инчов вал може да излезе от машината за около 3 до 8 минути. Допуските за диаметър често достигат от ±0.0002 до ±0.001 инча. Прецизното пробиване фино настройва вътрешните отвори на гнездата на лагерите до степен на пресоване. Корпусите на лагерите често се нуждаят от ±0.0005 инча, а антивибрационните пръти поддържат дълбоките отвори прави.
Инструментална екипировка за кръстосани елементи
Стругово-фрезовите центрове отвеждат процеса на по-високо ниво. 4-осна ротационна ос А или В индексира или равномерно завърта детайла. Валове с напречни отвори и съединения на роботно рамо се обработват от много страни, без да се движи детайлът. Винтовите инструменти плюс C-ос позволяват на електрическите инструменти да фрезоват, пробиват и нарязват резба под зададени ъгли. Добавете Y-ос и ще получите ексцентрични елементи и напречни отвори. Подшпиндел взема задната страна и завършва детайла в един цикъл. Следват по-малко настройки, по-кратки срокове за изпълнение и по-добра точност.
Пробиване, нарязване на резба и вторични операции
Анодиране и пасивация
Финишната обработка защитава детайла след рязане. Анодирането изгражда износоустойчив оксиден слой върху алуминиевите части на роботното рамо, който често се изисква при машинни проекти. Пасивацията премахва свободното желязо от повърхностите от неръждаема стомана и възстановява устойчивостта на корозия. И двете стъпки са важни за CNC машинно обработваните роботизирани компоненти, които са изправени пред многократно движение и тежки условия.
Прецизно шлифоване и хонинговане
Шлайфането и хонинговането затягат това, което фрезоването и струговането не могат. Шлайфането задържа критични диаметри и плоскост на закалени или термично обработени части. Хонинговането фино настройва формата на отвора и повърхностното покритие вътре в хидравличните и лагерните отвори. Тези вторични операции увеличават разходите, така че инженерите ги запазват за работни повърхности, където пасването и износоустойчивостта определят производителността. В истински смисъл, CNC обработката с роботизирано рамо работи най-добре, когато всяка функция се обработва по най-евтиния начин, който все още отговаря на нейния толеранс.
Защо прецизността е важна при CNC обработката с роботно рамо
Влияние на допустимите отклонения върху кинематичната точност
Повторяемост на позиционирането
Малките грешки се натрупват бързо, така че корпусите на хармоничните задвижвания трябва да издържат ±0.01 мм. Ако леглото на лагера е изместено само с 0.01 мм, това добавя вибрации и триене. Умножете това по шест съединения и крайният ефектор ще се озовава на грешното място всеки цикъл.
„Един робот може да бъде толкова повторяем, колкото са толерансите в неговите съединения и задвижващ механизъм. Концентричността на отвора на лагера, точността на зъбното колело и истинското положение на монтажните елементи контролират колко точно ще се приземи крайният ефектор.“
Този цитат обхваща целия проблем: корпусите на хармоничните задвижвания са точки за монтаж на лагерни гнезда, шлицови интерфейси и монтаж на енкодери. Когато тези характеристики се изместят, луфтът се увеличава и точността на позициониране намалява.
Контрол на хлабината и вибрациите
Когато отворите на лагерите са в рамките на няколко микрона, вибрациите остават ниски и лагерите издържат по-дълго. Разхлабените лагерни сглобки правят обратното: те повишават работната температура, разпределят натоварванията неравномерно и скъсяват експлоатационния живот. Високопрецизната обработка на части от роботизирани рамена се фокусира първо върху тези критични повърхности. Обичайните режими на повреди са умора, износване и корозия, а правилният избор на материали плюс обработката на повърхностите ги държи под контрол.
Предимства пред други методи
В сравнение с леенето и коването
Леенето и коването изискват форми или матрици, а производството на тези инструменти струва пари и време. CNC обработката пропуска тази стъпка изцяло и поддържа строги допуски, които отливаните части не могат да достигнат без допълнителна работа.
В сравнение с 3D печат
3D печатът е по-добър за решетъчни структури и бързи концептуални модели, докато CNC машинно обработваните роботизирани компоненти са по-добри по отношение на умора на материала, повърхностна обработка и съотношение якост-тегло. Така че работещите прототипи и крайните части обикновено използват CNC.
Фактори, свързани с разходите и времето за изпълнение
Кога прецизното CNC е оправдано
Общата стойност на проекта се състои от разходи за материали плюс време за обработка, настройка и инструменти, както и последваща обработка и проверка. Класът на материала определя цената: алуминият 6061 е много по-евтин от титана или PEEK. Петосните и стругово-фрезовите машини струват повече на час от 3-осните фрези. Разходите за настройка са най-големите разходи за малки партиди от една до пет части.
Балансиране на скорост и точност
Промените в DFM (Design-Fuel Face-Making Model - DFM) могат да намалят разходите с 10 до 30%. Стандартните радиуси на ъглите, липсата на дълбоки, тесни джобове и по-малкото строгите допуски са от полза. Инспекцията трябва да се фокусира върху критичните размери, а не върху всяка характеристика. Партньор като NOBLE, водеща производствена компания в Китай, помага на клиентите да преминат от прототип към масово производство, без да плащат твърде много за скорост или точност.
Материали за CNC обработка на роботно рамо
Алуминиеви сплави
6061-T6 за структурни части
6061-T6 е предпочитаният избор за повечето структурни части. Обработва се лесно, заварява се добре и реагира добре на анодиране. Якостта му на опън достига 310 MPa, а границата на провлачване - 276 MPa. Тази комбинация от добри свойства и ниска цена го държи на върха при обработката на части за роботизирани рамена.
7075-T6 за висока якост
7075-T6 осигурява сериозна якост. Якостта на опън е 572 MPa, а границата на провлачване е 503 MPa. Това е около 3.5 пъти по-силно на опън от лятата плоча MIC-6. Обработва се добре, но износва инструментите по-бързо от сплавите 6xxx. Структурните части с високо натоварване получават най-голяма полза от този клас.
MIC-6 Лята плоча за плоскост
MIC-6 е лята инструментална плоча, изработена за плоскост и размерна стабилност. Допускът ѝ за плоскост е ±0.005″ върху дебели плочи, в сравнение с ±0.030″ за стандартната 7075-T6. При 50-цикълов термичен цикличен тест (68°F–200°F, проби 12″×12″×0.5″), MIC-6 е променил размера си само с 0.0008 инча, докато валцуваната плоча 6061-T6 се е променила с 0.0035 инча. Това е 77% подобрение на стабилността. MIC-6 има по-ниска механична якост, така че е най-подходяща за приспособления, основи и прецизни плочи.
Деформация от остатъчно напрежение – обикновено наричана „отчупване на картофи“ – се получава, когато първо се обработи едната страна на напрегната заготовка, освобождавайки заключени компресионни сили и деформирайки детайла по непредсказуеми начини. За тънкостенни части или приспособления с критична плоскост, посочете заготовка с освободено напрежение (уравновесен режим T651 за 6061) или използвайте симетрична последователност за отстраняване на материал, която балансира силите върху двете страни, преди да се направят довършителни проходи.
Неръждаема стомана и Durabar
Класове 304 и 316L
Неръждаемите стомани 304 и 316L ви осигуряват устойчивост на корозия и издръжливост. Тези марки се използват в медицински инструменти, оборудване за преработка на храни и морски компоненти. 316L съдържа молибден за по-добра устойчивост на хлориди и агресивни химикали.
17-4 PH за висока якост
17-4 PH е високоякостен вариант за роботизирани компоненти, които се нуждаят от устойчивост на корозия и устойчивост на умора. В състояние H900, границата му на провлачване е над 1170 MPa. Изходни валове, болтове с високо натоварване и шарнирни вилки за роботи за преработка на храни или медицинска стерилизация, всички използват този клас.
Durabar за големи плоски плочи
Durabar често се използва за големи плоски структурни плочи. Той гарантирано поддържа плоскост и ниско вътрешно напрежение след обработка. Това го прави солиден избор за основи на роботи и монтажни плочи, където стабилността е от значение.
Титан и инженерни пластмаси
Ti-6Al-4V за съединения с критично тегло
Ti-6Al-4V (титан клас 5) предлага най-високото съотношение якост-тегло от всички метални елементи. Той е изключително устойчив на корозия и е биосъвместим. Високо натоварени съединения на роботизирани рамена, скоби за аерокосмическа индустрия и полупроводникови крайни устройства разчитат на него там, където намаляването на теглото е от решаващо значение.
PEEK и Delrin за изолация и износване
PEEK се справя с химическа устойчивост, високотемпературни характеристики и електрическа изолация. Полупроводниковите и аерокосмическите роботи го използват там, където отделянето на газове трябва да бъде сведено до минимум. Делрин (POM) осигурява ниско триене, износоустойчивост и висока твърдост. Специализирани зъбни колела, втулки и плъзгащи механизми в роботизирани съединения се възползват от неговата размерна стабилност. Тези CNC обработени роботизирани компоненти намаляват износването в движещите се интерфейси. От практическа гледна точка, CNC обработката с роботно рамо често съчетава метали с тези пластмаси, за да реши едновременно проблемите с изолацията и износването.
Толеранси и изисквания за прецизност при CNC обработка с роботно рамо
Типични диапазони на толеранс
Общи толеранси за обработка
CNC обработката на роботно рамо обикновено поддържа общи размери между ±0.001 и ±0.005 инча. ISO 2768-m обхваща повечето характеристики, които не са критични. Той позволява около ±0.1 мм за части под 30 мм. Това работи за структурни части на роботно рамо, където не са необходими точни пасвания.
CNC обработката с тесни допуски се извършва върху работни повърхности. Козметичните черупки и ребра могат да използват по-хлабави класове. Сортирайте тези области рано, за да намалите разходите. Класовете по ISO 2768 варират от f (най-стегнат) до v (много груб). Клас m е нормалният еталон за CNC обработка.
Критични допустими отклонения
Критично важните характеристики изискват строги допуски. Отворите на лагерите и корпусите на скоростните кутии остават в рамките на ±0.01 мм. Интерфейсите на хармоничните задвижвания съответстват на това, с Ra от 0.8 до 1.6 μm. Монтажните повърхности на сервомоторите издържат ±0.02 мм. Монтажните повърхности на сензорите издържат ±0.05 мм. Това са често срещани CNC допуски за роботизирани компоненти.
Лагерните сглобки контролират центровката на вала. Стандартните лагерни сглобки използват пресови сглобки H7/p6 за фиксирани шейни. Те използват хлабинови сглобки H7/g6 за въртящи се съединения. Тези лагерни сглобки предотвратяват въртенето на шейните. Строгият контрол на допустимите отклонения предотвратява вибрациите и износването.
По цялата фуга се натрупва толеранс от ±0.05 мм на детайл. Три компонента създават общо натрупване от ±0.15 мм. Проверявайте леглата на лагерите като един възел, а не като отделни части.
Спецификации за повърхностно покритие
Ra стойности за лагерни гнезда
Грапавостта на повърхността контролира триенето и износването. Леглата на лагерите върху обработени корпуси обикновено се нуждаят от Ra от 0.4 до 0.8 μm. Свръхобраната стомана за лагери достига Ra 0.05–0.1 μm, но корпусите почти никога не се нуждаят от това. За CNC обработени роботизирани компоненти, Ra 0.8 μm е подходящ за отвори на лагерите.
Работните повърхности, като полираните PEEK водачи за сухожилия, достигат Ra 0.2 μm. Леглата на лагерите, уплътнителните площи и прецизните плъзгащи водачи печелят от контролираната грапавост. Посочете това на чертежа.
Козметични срещу функционални покрития
Козметичните повърхности могат да останат с Ra 0.8–1.2 μm след микробластиране и анодиране тип II. Повърхностите, които не докосват нищо, са с Ra 3.2 μm. Един корпус може да има както гладки работни зони, така и грапави козметични зони.
Огледално-качествените повърхности добавят якост на умора, като премахват точките, където се натрупва напрежение. Гладките повърхности също така намаляват триенето в контактните зони на лагерите. Така че изборът на довършителни работи е свързан с изискванията за прецизност и допустимите отклонения в цялата част.
Инспекция и контрол на качеството
CMM и оптична инспекция
Координатните измервателни машини (CMM) проверяват сложни 3D форми и CTQ размери. Височинометрите и микрометрите обработват прави размери. Системите за зрение измерват малки 2D елементи. Лазерните скенери улавят деликатни повърхности, без да ги докосват.
Геометричното оразмеряване и толериране (GD&T) задава тези проверки. Когато чертежът използва истинска позиция, CMM става задължителен. За CNC обработка с роботизирано рамо, инспекцията свързва проектното намерение с реалната част.
Първият артикул и проверките в процеса на производство
Контролът на първия детайл (FAI) проверява първия детайл спрямо CAD модела преди партидното производство. Доставчиците на аерокосмически продукти формализират това съгласно AS9102. По време на процеса контролът използва SPC, за да се улови дрейфът на износването на инструмента. Високопрецизното серийно производство се стреми към Cpk ≥ 1.67.
Крайната инспекция избира план: 100% измерване, произволно вземане на проби, функционално тестване или визуални проверки. Производителите на Sharp използват тези стъпки, за да докажат, че CNC машинно обработените роботизирани компоненти отговарят на изискванията за толеранс, gd&t и повърхностна обработка.
Предизвикателства при проектирането и производството на CNC обработка с роботно рамо
Дизайн за технологичност
Избягване на остри ъгли
Острите вътрешни ъгли са често срещан проблем при CNC обработката с роботизирано рамо. Стандартните крайни фрези са кръгли, така че винаги оставят извивка след себе си. Ако искате идеално остър ъгъл от 90 градуса, ви е необходима EDM или друга бавна и скъпа стъпка. По-добър начин за проектиране на CNC обработка с роботизирано рамо е да се добави малък заоблен ръб във всеки вътрешен ъгъл. Минимален вертикален радиус на ъгъла от 0.2 мм до 0.5 мм е подходящ за повечето материали. Това позволява на режещия инструмент да реже гладко и намалява натрупването на напрежение.
Минимизиране на дълбоките джобове
Дълбоките, тесни джобове забавят шпиндела и бързо износват инструментите. Препоръчителната дълбочина на кухината не трябва да бъде повече от четири пъти ширината на кухината. Ако джобът е широк 10 мм, дълбочината му трябва да остане под 40 мм. Това съотношение помага за изтичането на стружките, намалява огъването на инструмента и поддържа стабилна повърхностна обработка. Добро правило за проектиране на CNC обработка с роботно рамо е радиусът на ъгъла да бъде поне една осма от дълбочината на кухината. Това позволява на по-къс и по-твърд инструмент да работи с по-високи скорости на подаване.
Използване на стандартни размери на инструменти
Нестандартните отвори и размери на резбите повишават разходите, без да добавят стойност. Стандартизирайте диаметрите на отворите и стъпката на резбите, когато е възможно. Също така, поддържайте дебелината на стената над 0.8 мм за метали и 1.5 мм за пластмаси. Избягвайте елементи по-малки от 2 мм, освен ако наистина не са ви необходими. Тези проектирани за CNC машинни навици за роботизирана ръка намаляват смяната на инструментите, скъсяват времето за цикъл и намаляват риска от счупване на инструменти.
Плоскост и остатъчно напрежение
Поддържане на плоскост на големи части
Големите плочи и основи са трудни за поддържане на равни. Остатъчното напрежение е заключено вътрешно напрежение, което се измества след отстраняване на материала или освобождаване на скобите. Повърхност, която изглежда плоска, докато е затегната, може да се отпусне след освобождаване. За голяма машинна основа, един цех постигна плоскост от 7 µm на 2000 mm, надминавайки целта си от под 10 µm. Те използваха балансирано грубо обработване, междинно облекчаване на напрежението и контролирани довършителни проходи.
Минимизиране на изкривяването
Неравномерното отстраняване на материал води до изкривяване или усукване на плочи и тънкостенни части. Симетричната обработка и поетапното рязане намаляват дисбаланса на напрежението. Топлината при рязане също причинява временно термично разширение и свиване след охлаждане. Острите инструменти, стабилната охлаждаща течност и контролираните довършителни проходи помагат. За чувствителни на напрежение сплави, междинната термична релаксация между грубата и довършителната обработка може да поддържа допустими отклонения в рамките на +/-0.005 мм. Последователността от груба, остатъчна и довършителна обработка позволява на детайла да освободи напрежението преди финалните проходи.
Толерантност и баланс на разходите
Постигане на тесни допустими отклонения
Строгите допуски са само за критични интерфейси. Отворите на лагерите, диаметрите на пилотните двигатели и интерфейсите на зъбните колела носят най-голяма отговорност за подравняването. Тези характеристики може да се нуждаят от ограничения близо до ±0.005 мм. Но използването на това ниво навсякъде увеличава времето за обработка на машината, износването на инструментите и натоварването при проверка. Натрупването на допуски също е от значение. Комбинираните грешки във верига от CNC обработени роботизирани компоненти могат да причинят несъответствие, дори когато всяка част премине проверката.
Намаляване на разходите за машинна обработка
Разпределението на толерансите, основано на функцията, поддържа ниски разходи. Джобовете, капаците и отворите за намаляване на теглото могат да използват търговски толеранси около ±0.05 мм. Ранният преглед на DFM открива проблеми с дълбоките джобове и облекчава некритичните толеранси. Една оценка определя икономии на време за работа на шпиндела до 40% от тези промени. От практическа гледна точка, CNC обработката с роботизирано рамо работи най-добре, когато прецизността следва функцията, а не конвенцията. Този баланс поддържа реалистични изискванията за толеранс, gd&t и обработка на повърхността както за прототипи, така и за производствени серии.
Приложения на CNC обработка с роботно рамо в различни индустрии
Индустриална автоматизация
Ръце за вземане и поставяне и заваряване
Рамената тип „вземи и постави“ са създадени за бързина. Те преминават през хиляди цикли всеки час, така че всяка част от движещото се тегло е от значение. Леките алуминиеви роботизирани части помагат за поддържане на ниско тегло. Често срещаните части включват корпуси на роботизирани рамена, шарнирни възли, скоби за монтаж на серво мотори, въртящи се валове и конектори за крайни ефектори. Алуминиевите 6061, 7075 и 6082 са обичайният избор тук.
Заваръчните рамена се справят с много по-тежки условия. Пръски, топлина и непрекъснато движение износват всяка сглобка. Корпусите на скоростните кутии и прецизните лагерни легла трябва да запазят своята плътност през цялото това време. Повечето части на роботизираните рамена се нуждаят от толеранси между ±0.01 мм и ±0.02 мм, в зависимост от работата. Този диапазон поддържа пътя на горелката постоянен при всяка смяна.
Съвместни роботизирани стави
Коботите работят рамо до рамо с хора. Безопасността зависи от плавното и предвидимо движение. Съединителна връзка, която засяда или се тресе, е опасност, а не просто проблем с качеството. Тук машинната обработка на части от роботизирано рамо доказва своята стойност. Корпусите на съединителните елементи трябва да побират лагери, сензори и кабелни трасета в малко пространство, като същевременно остават твърди.
Многоосовото CNC фрезоване се справя с това с една настройка. Олекотяващи джобове, вътрешни проходи и профилни корпуси на съединения, всички те се изработват от една машина. По-малкото препозициониране на детайла означава по-малко грешки при натрупване. Неръждаемата стомана често се използва в корпуса на редуктора на съединението за устойчивост на износване и корозия. Втулките от PEEK се грижат за електрическата изолация в рамките на един и същ възел.
Медицинска и хирургическа роботика
Стерилно съвместими компоненти
Хирургическите роботи се нуждаят от чистота и повторяемост в еднаква степен. Частите трябва да издържат на многократна стерилизация без образуване на точковидни образувания или деформации. Неръждаемата стомана 316L и титанът Ti-6Al-4V са често срещан избор. И двата вида са устойчиви на корозия и издържат на тежки цикли на почистване. Титанът добавя биосъвместимост, което е важно за всичко, което е близо до пациента.
Производството на медицински изделия често поддържа толеранси от ±0.0002 инча. Това е много по-строго от общата машинна обработка. Корпусите на сензори, опорите на двигателите и частите на задвижващия механизъм попадат в тази категория. Повърхностното покритие също е важно. Гладките лагерни легла намаляват триенето и отстраняват замърсителите, вместо да ги улавят.
Високопрецизни хирургически връзки
Хирургическите връзки превръщат входния сигнал от двигателя в движение на инструмента с милиметров мащаб. Всеки хлабинен удар се проявява като тремор на върха. Шарнирните механизми за прецизни операции се обработват с толеранс от ±0.0002 инча именно по тази причина. Ротационните валове и лагерните легла носят по-голямата част от това натоварване.
Една практическа забележка: CNC обработката с роботизирано рамо за тези звена често съчетава струговане с фрезоване. Валовете слизат от струга, след което напречните елементи се изрязват на стругово-фрезов център. Поддържането на двете операции в едно семейство намалява манипулирането и предпазва стегнатите сглобки.
Аерокосмическо и отбранително
Леки структурни части
Теглото е враг в аерокосмическата индустрия. Всеки спестен килограм се изплаща в полезен товар и гориво. Алуминият 7075 е подходящ за конструкции на горната част на рамото благодарение на високото си съотношение якост-тегло. Структурните рамки, шаситата и манипулаторите следват същата логика. Фрезоването създава призматичните форми, джобовете и сложните контури, от които се нуждаят тези части.
Роботите за отбрана добавят още един слой. Те работят в условия на прах, сол и температурни колебания. Устойчиви на корозия сплави и запечатани корпуси ги поддържат в движение. Производството на компоненти, изискващи висока прецизност, рутинно достига допуски от ±0.0002 инча в този сектор.
Високоякостни съединителни възли
Шарнирните възли поемат пълното натоварване на рамото. Те се нуждаят едновременно от здравина, твърдост и дълготрайност на умора. Неръждаемата стомана 17-4PH и титанът се справят с високо напрегнати съединения, където алуминият би се уморил твърде бързо. Капаците на скоростната кутия, монтажните скоби и интерфейсите на крайните ефектори допълват типичния списък с части.
Аерокосмическата индустрия също разчита на многоосни възможности. Контурните корпуси на съединенията с вътрешни проходи се обработват в една последователност, което запазва концентричността между отворите на лагерите непокътната. Този подход с едно зареждане е това, което прави възможни компактните, интегрирани конструкции на съединения.
NOBLE: Вашият партньор за CNC обработка с роботизирана ръка
Експертиза в обработката на метал и пластмаси
Алуминий, неръждаема стомана, титан и инженерни пластмаси
NOBLE обработва всички често срещани материали за роботизирани рамена. Алуминият е подходящ за леки рамена и платформи, защото намалява инерцията и се бори с ръждата. Неръждаемата стомана е подходяща за валове, щифтове и лесни за почистване пространства. Титанът придава на аерокосмическите и медицинските съединения невероятно съотношение здравина-тегло. Инженерните пластмаси като PEEK и Delrin се грижат за изолираните части, износоустойчивите водачи и корпусите на сензорите.
Този диапазон е от значение, защото един робот смесва материали. Корпусът на съединението може да е от алуминий, валът му от неръждаема стомана 17-4, а втулката му от PEEK. NOBLE ги държи под един покрив, така че пасванията остават еднакви в целия монтаж.
От прототип до производствени обеми
Доставчикът разширява процесите си, за да се справи с бързо прототипиране, единични машинно обработени части, производство на малки партиди и мащабни производствени серии. Той поддържа стабилно качество и доставя навреме на всеки етап.
Единична скоба и серия от 5,000 части получават един и същ контрол на процеса. Документираните закрепващи елементи, доказаните траектории на инструментите и стабилните настройки поддържат частите с еднакъв размер в партидите. Повторяемостта на партидите е важна за модулните роботизирани сглобки, където всяка единица трябва да работи по един и същи начин.
Сертификати и системи за качество
ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016
NOBLE притежава сертификати ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016. Първият обхваща общото управление на качеството. Вторият добавя правилата за медицинските изделия, изисквани от хирургическата роботика. И двата изискват контрол на материалите, управление на ревизиите, обработка на несъответствия и проследяване на партидите.
Инспекция и документация
Всеки роботизиран компонент преминава многоетапна проверка, включително валидиране на CMM спрямо GD&T. Микрометри, диаметъри за отвори, височина и резба, измерватели за грапавост и оптични системи запълват местата, където CMM е твърде много. Първоначалната проверка на изделието потвърждава процеса, преди партидата да продължи. Проверките по време на процеса улавят износването на инструмента, движението на приспособлението или термичното отклонение.
| Документ | Какво доказва |
| Протоколи от изпитвания на материали/мелници | Правилна сплав и партида за нагряване |
| Доклади на FAI и CMM | Размерите съответстват на чертежа |
| Сертификати за съответствие | Съответствие със спецификациите |
| Записи за проследяване на партидата | Коя партида е изпратена къде |
Всеки документ изброява номера на частта, редакцията, партидата материал и производствената партида.
Производство с пълно обслужване
Проектиране, машинна обработка, довършителни работи и монтаж
NOBLE третира CNC обработката с роботно рамо като един етап от проекта, а не като цялата работа. DFM проверява за наличие на дълбоки джобове и остри ъгли, преди да се появят стружки. След рязане, анодирането, покритието и пасивацията остават под една и съща система за качество, така че промените в размерите се документират. Сглобяването обхваща резбовани вложки, пресоване на лагери и монтаж на щифтове.
Управление на проекти от един източник
Един екип управлява програмирането, инструменталната екипировка, закрепването на детайлите, инспекцията, външната обработка, документацията и монтажа. Това намалява натоварването от координация между доставчиците. Документацията на английски език, докладите от инспекциите и стабилната опаковка допълват пакета. От практическа гледна точка, този модел от един източник е това, което осигурява изпълнението на прототипите и производствените поръчки в срок.
CNC обработката на роботизирано рамо се свежда до три избора, които правите рано: форма на детайла, клас на материала и колко стегнати трябва да бъдат допустимите отклонения. Работните повърхности, като например легла за лагери и интерфейси за зъбни колела, се нуждаят от ±0.001 до ±0.005 инча и повърхностна обработка на Ra от 0.4 до 1.6 микрометра. Козметичните повърхности могат да използват по-свободни граници. Материалът също има значение, тъй като MIC-6 и Durabar поддържат големите основи плоски. Умората, износването и корозията са обичайните начини, по които частите се повредят, а правилните сплави, заедно с повърхностните обработки, се борят с тях. Следвайте правилата на DFM (Design for Finishing Materials - технологично иновации в производството): избягвайте острите вътрешни ъгли и сведете до минимум дълбоките джобове. На практика, разходите за CNC обработка на роботизирано рамо намаляват, без да се губи прецизност. Работете със сертифициран производител като NOBLE за проследяване на материалите, документирана проверка и помощ от прототипа до производството. Правилният избор ви дава робот, който е прецизен, издръжлив и повтаряем.
Често задавани въпроси за CNC обработката на роботно рамо
Какви толеранси може да поддържа CNC обработката с роботно рамо?
Повечето общи размери са между ±0.001 и ±0.005 инча. Важните пасвания трябва да бъдат още по-плътни. Отворите на лагерите и интерфейсите на хармоничните задвижвания остават в рамките на ±0.01 мм, монтажните точки на сервомоторите - в рамките на ±0.02 мм, а монтажните точки на сензорите - в рамките на ±0.05 мм. Хирургическите връзки могат да достигнат ±0.0002 инча. Така че отговорът наистина зависи от това за коя функция питате.
Какъв клас алуминий трябва да избера за роботно рамо?
Зависи от работата. 6061-T6 е подходящ за повечето структурни части и има якост на опън от 310 MPa. 7075-T6 ви осигурява 572 MPa за връзки, които носят тежки товари. Лятата плоча MIC-6 е най-подходяща, когато плоскостта е от най-голямо значение, защото поддържа плоскост от ±0.005″ и почти не се движи по време на термично циклиране.
Кога CNC печатът ще победи 3D печата за роботизирани части?
3D печатът е подходящ за концептуални модели и решетъчни структури. CNC обработката с роботно рамо е печеливша, когато имате нужда от издръжливи части, истинско повърхностно покритие или съотношение якост-тегло, което е издръжливо при употреба. Работещите прототипи и крайните части обикновено се обработват с CNC.
Защо големите основни плочи се деформират след обработка?
Остатъчното напрежение е причината. Когато обработвате едната повърхност, блокираните сили се освобождават и детайлът се извива – в цеховете това се нарича „отчупване на картофи“. MIC-6 и Durabar са устойчиви на това, защото имат ниско вътрешно напрежение. Последователността от груба обработка, почивка и чиста обработка също позволява на напрежението да се отстрани преди финалните проходи.
Каква повърхностна обработка е необходима за лагерните легла?
Леглата на лагерите върху обработени корпуси обикновено се нуждаят от Ra от 0.4 до 0.8 μm. Хармоничните задвижващи интерфейси са с Ra от 0.8 до 1.6 μm. Козметичните повърхности могат да останат по-грапави, около Ra 3.2 μm. Поставете номера на чертежа, за да знае цехът кои повърхности са важни.
Какво определя цената на CNC обработката с роботно рамо?
Четири неща: клас на материала, време за обработка, настройка и инструментална екипировка, и проверка. Алуминият 6061 струва много по-малко от титана или PEEK. Петосните и стругово-фрезовите машини имат по-високи почасови ставки. За партиди от една до пет части, режийните разходи за настройка са най-големият разход от всички.
Как да запазя прецизност, без да изхабя бюджета си?
Поставяйте строги допуски само върху работните повърхности. Отворите на лагерите, пилотните двигатели и интерфейсите на зъбните колела носят натоварването за подравняване. Джобовете, капаците и отворите за хлабина могат да използват търговски допуски близо до ±0.05 мм. Ранният преглед на DFM може да намали времето за работа на шпиндела с до 40%.
Какво трябва да търся при избора на доставчик на CNC обработка с роботизирано рамо?
Търсете проследимост на материалите, документирана инспекция и сертификати, които отговарят на вашата индустрия. ISO 9001:2015 обхваща общото управление на качеството. ISO 13485:2016 добавя правилата за медицинските изделия, които се изискват от хирургическата роботика. Докладите за CMM и проверката на първия артикул трябва да са стандартни.
