Οι πιο συνηθισμένοι τρόποι κατασκευής εξαρτημάτων ρομποτικού βραχίονα είναι η κατεργασία CNC, η DMLS, η χύτευση με έγχυση, η χύτευση με υπό πίεση, η χύτευση με επένδυση και η σφυρηλάτηση. Για τα υλικά ρομποτικής, θα δείτε κυρίως μέταλλα όπως ανοξείδωτο χάλυβα και τιτάνιο, πλαστικά και σύνθετα υλικά. Η επιλογή του σωστού συνδυασμού εξαρτημάτων ρομποτικού βραχίονα εξαρτάται από την αντοχή, το βάρος, το κόστος και την ανθεκτικότητα. Ένας ρομποτικός βραχίονας για βαρέως τύπου αυτοματισμό χρειάζεται διαφορετικά εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα από έναν για συναρμολόγηση ακριβείας. Αυτός ο οδηγός καλύπτει τα υλικά, τις μεθόδους κατασκευής, τους παράγοντες επιλογής και τις προκλήσεις του πραγματικού κόσμου. Θα μάθετε πώς κάθε επιλογή διαμορφώνει τα ρομποτικά συστήματα αυτοματισμού, από τη βάση του ρομπότ έως τον τελικό τελεστή. Κάθε απόφαση σχετικά με τα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα έχει σημασία για την απόδοση.
Υλικά για εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα
Κοινά υλικά ρομποτικής: Πλαστικά, μέταλλα, σύνθετα υλικά
Τα κοινά υλικά ρομποτικής χωρίζονται σε τρεις ομάδες: πλαστικά, μέταλλα και σύνθετα υλικά. Κάθε ομάδα έχει πολλές διαφορετικές ποιότητες. Η ποιότητα που επιλέγετε επηρεάζει την αντοχή, το βάρος και το κόστος. Τα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα περιλαμβάνουν αρθρώσεις, ενεργοποιητές, αισθητήρες, ακραίους ενεργοποιητές και δομικά περιβλήματα. Κάθε ένα από αυτά τα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα χρειάζεται το δικό του είδος υλικού.
Βιομηχανικά πλαστικά
Τα πλαστικά μηχανικής χρησιμοποιούνται για καλύμματα, περιβλήματα αισθητήρων και ελαφρούς τελικούς ενεργοποιητές. Είναι ανθεκτικά και εύκολα στη χύτευση, και κοστίζουν λιγότερο από τα περισσότερα άλλα υλικά μηχανικής.
Μέταλλα: Ανοξείδωτο ατσάλι και τιτάνιο
Τα μέταλλα φέρουν τα βαριά φορτία στη ρομποτική. Ο ανοξείδωτος χάλυβας προσφέρει υψηλή αντοχή και καλή αντοχή στη σκουριά. Το τιτάνιο είναι ελαφρύτερο και ισχυρότερο για το βάρος του. Επίσης, αντέχει στη σκουριά. Αυτοί οι δύο τύποι μετάλλων εμφανίζονται σε ενεργοποιητές, άξονες κίνησης και περιβλήματα αρθρώσεων. Άλλα κράματα έχουν επίσης σημασία. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει πώς συγκρίνονται μερικά κοινά μέταλλα στη ρομποτική.
| Ονομασία υλικού | Πυκνότητα (g / cm³) | Ισχύς διαρροής (MPa) | Κύρια Ρομποτική Εφαρμογή |
| Αλουμίνιο Al7075-T6 | 2.81 | 503 | Δομικά στηρίγματα υψηλής τάσης, βάσεις σύνδεσης |
| AZ91D Μαγνήσιο | 1.81 | 150 | Ελαφριοί σύνδεσμοι βραχίονα ρομπότ, πάνελ περιβλήματος |
| Χάλυβας AISI 4140 | 7.85 | 655 | Άξονες κίνησης βαρέως τύπου, πλανητικά γρανάζια |
Για ενεργοποιητές υψηλής ακρίβειας, συχνά χρησιμοποιούνται δύο ακόμη κράματα. Το AlSi10Mg εκτυπώνει καλά και προσφέρει ισορροπημένες ιδιότητες. Το A6061 προσφέρει πολύ υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος και κατεργάζεται εύκολα.
| Κράμα | Βασικά πλεονεκτήματα | Τυπική προτίμηση στη ρομποτική |
| AlSi10Mg | Εξαιρετική εκτυπώσιμη ικανότητα, καλές συνολικές ιδιότητες, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, αντοχή στη διάβρωση, καλή αντοχή στην κόπωση | Προτιμάται όταν η εκτυπώσιμη ικανότητα και οι ιδιότητες ισορροπίας είναι κρίσιμες |
| A6061 | Πολύ υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος (βελτιώσιμη με θερμική επεξεργασία), καλή μηχανική κατεργασία, εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, καλή αντοχή στην κόπωση | Επιλέγεται όταν η μέγιστη αντοχή είναι ο καθοριστικός παράγοντας |
Σύνθετα υλικά: Πολυμερή ενισχυμένα με ίνες άνθρακα
Το πολυμερές ενισχυμένο με ίνες άνθρακα (CFRP) προσφέρει υψηλή ακαμψία σε ένα ελαφρύ πακέτο. Λειτουργεί διαφορετικά από τα μέταλλα. Οι ιδιότητές του εξαρτώνται από την κατεύθυνση των ινών. Αυτό το χαρακτηριστικό ονομάζεται ανισοτροπία. Δείτε πώς συγκρίνεται το CFRP με το αλουμίνιο 6061.
| Ιδιοκτησία | Σύνθετο υλικό από ίνες άνθρακα (CFRP) | Αλουμίνιο 6061 |
| Πυκνότητα | ~1.5–1.7 g/cm³ | ~2.70 g/cm³ |
| Μέτρο ελαστικότητας | Εξαρτώμενο από την κατεύθυνση | ~ 69 GPa |
| αντοχή σε εφελκυσμό | Εξαρτώμενο από την κατεύθυνση | ~300 MPa (αντιπροσωπευτικό) |
| Θερμική διαστολή | Εξαρτώμενο από την κατεύθυνση, συχνά χαμηλό κατά μήκος των ινών | ~23 ppm/K |
| Συμπεριφορά υλικού | Ανισότροπος | Περίπου ισότροπο |
| Συμπεριφορά διάβρωσης | Γενικά εξαιρετικό για το ίδιο το CFRP | Καλό, αλλά ενδέχεται να απαιτείται προστασία της επιφάνειας |
Έρευνα που δημοσιεύτηκε στο IEEE Access διερεύνησε συγκεκριμένα υβριδικές δομές ρομποτικού βραχίονα χρησιμοποιώντας πλαστικό ενισχυμένο με ίνες άνθρακα και κράμα αλουμινίου. Οι ερευνητές ανέφεραν ένα επικυρωμένο πρωτότυπο με μείωση μάζας 24.32% σε σύγκριση με το σχέδιο αναφοράς από κράμα αλουμινίου.
Ιδιότητες και Εφαρμογές
Αντοχή, βάρος και αντοχή στη διάβρωση
Η αναλογία αντοχής προς βάρος καθορίζει τις περισσότερες επιλογές υλικών. Ένας ελαφρύτερος βραχίονας κινείται πιο γρήγορα και χρειάζεται λιγότερη ισχύ. Η αντοχή στη διάβρωση έχει σημασία σε υγρές ή χημικές συνθήκες. Ο ανοξείδωτος χάλυβας και το τιτάνιο αντέχουν καλά. Το αλουμίνιο χρειάζεται επιφανειακή προστασία σε ορισμένα περιβάλλοντα. Το CFRP αντιστέκεται στη διάβρωση από μόνο του.
Πού ταιριάζει κάθε υλικό σε εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα
Τα μέταλλα τοποθετούνται όπου τα φορτία είναι υψηλά. Σκεφτείτε τα κιβώτια ταχυτήτων, τους άξονες κίνησης και τα περιβλήματα των αρθρώσεων. Τα πλαστικά ταιριάζουν σε καλύμματα, οδηγούς καλωδίων και στηρίγματα φωτισμού. Τα σύνθετα υλικά λαμπυρίζουν σε συνδέσμους με μακρύ βραχίονα και δομικούς σωλήνες. Ένας υβριδικός σχεδιασμός συχνά κερδίζει. Μια μελέτη διαπίστωσε ότι τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα είναι 42% ελαφρύτερα από το αλουμίνιο και τρεις φορές ελαφρύτερα από τον χάλυβα. Αυτό τα καθιστά την καλύτερη επιλογή και για τα δύο υλικά σε κατασκευές κρίσιμων για το βάρος. Τα αναφερόμενα οφέλη περιλαμβάνουν:
- 42% ελαφρύτερο από το αλουμίνιο
- Η ακαμψία αυξήθηκε κατά 30%
- Μεγαλύτερη φέρουσα ικανότητα των εξαρτημάτων του ρομποτικού βραχίονα
- Υψηλότερη ταχύτητα λειτουργίας των εξαρτημάτων του ρομποτικού βραχίονα
- Αυξημένη ανθεκτικότητα/μεγαλύτερη διάρκεια ζωής
Περιορισμοί κάθε κατηγορίας υλικού
Κόστος, μηχανική κατεργασία και περιβαλλοντικοί παράγοντες
Το τιτάνιο κοστίζει περισσότερο από τον χάλυβα και η κατεργασία του γίνεται αργά. Το CFRP χρειάζεται ειδικά εργαλεία και προσεκτική τοποθέτηση. Τα πλαστικά είναι φθηνά και διαμορφώνονται γρήγορα. Μαλακώνουν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Τα μέταλλα στη ρομποτική διαχειρίζονται τη θερμότητα πολύ καλύτερα. Η ανακύκλωση διαφέρει επίσης. Τα μέταλλα ανακυκλώνονται καθαρά. Πολλά σύνθετα υλικά δεν το κάνουν.
Πότε πρέπει να αποφεύγετε τα πλαστικά ή τα σύνθετα υλικά
Παραλείψτε τα πλαστικά για συνδέσεις υψηλού φορτίου ή θερμά περιβάλλοντα. Σέρνονται υπό σταθερή τάση. Αποφύγετε τα σύνθετα υλικά όταν χρειάζεστε ισότροπη συμπεριφορά ή χαμηλού κόστους μαζική παραγωγή. Επίσης, δυσκολεύονται με την τριβή. Για ένα ρομπότ που καταλήγει σε λείανση ή κατασκευή μετάλλων, τα μεταλλικά εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα συνήθως διαρκούν περισσότερο. Για ένα ιατρικό ρομπότ ή ένα ρομπότ καθαρού χώρου, τα λεία πλαστικά περιβλήματα μπορεί να είναι η καλύτερη επιλογή.
Διαδικασίες κατασκευής για εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα
Η κατεργασία με CNC και η χύτευση με έγχυση (DMLS) είναι οι κύριες μέθοδοι για τα μεταλλικά μέρη. Για τα πλαστικά, η χύτευση με έγχυση είναι συνηθισμένη. Τα στοιχεία μετάδοσης κίνησης, όπως τα κιβώτια ταχυτήτων, προέρχονται σχεδόν πάντα από κατεργασία με CNC. Η διαδικασία που επιλέγετε καθορίζει το τελικό κόστος, την αντοχή και την ακρίβεια. Κάθε μέθοδος ταιριάζει σε ένα συγκεκριμένο σύνολο αναγκών στη σύγχρονη ρομποτική. Η DMLS λειτουργεί καλά για σύνθετες γεωμετρίες με εσωτερικά χαρακτηριστικά που το CNC δεν μπορεί να φτάσει. Η χύτευση με έγχυση είναι η ιδανική επιλογή για πλαστικά εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα μεγάλου όγκου.
Σφυρηλάτηση για εξαρτήματα υψηλής αντοχής
Η σφυρηλάτηση είναι μια διαδικασία κατασκευής που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εξαρτήματα υψηλής αντοχής. Περιλαμβάνει τη διαμόρφωση μετάλλου χρησιμοποιώντας συμπιεστικές δυνάμεις. Αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι ωφέλιμη για εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα που απαιτούν υψηλή αντοχή και αντοχή στην κόπωση.
Χύτευση υπό πίεση και χύτευση επενδύσεων
Η χύτευση με υπό πίεση και η χύτευση με επένδυση παράγουν σύνθετα σχήματα με καλή επαναληψιμότητα. Αυτές οι διαδικασίες είναι συνηθισμένες για περιβλήματα, βραχίονες και εξαρτήματα τελικών τελεστών στη ρομποτική. Λειτουργούν καλά για πολλά μηχανικά υλικά. Η χύτευση με υπό πίεση ωθεί το λιωμένο μέταλλο σε ένα χαλύβδινο καλούπι υπό υψηλή πίεση. Η χύτευση με επένδυση χρησιμοποιεί ένα μοτίβο κεριού που καίγεται. Και οι δύο μέθοδοι μπορούν να δημιουργήσουν χαρακτηριστικά που είναι δύσκολο να κατεργαστούν.
Χύτευση αλουμινίου και ψευδαργύρου
Η χύτευση αλουμινίου με υπό πίεση παρέχει ανθεκτικά, ελαφριά εξαρτήματα. Χειρίζεται πολύπλοκες γεωμετρίες και λεπτά τοιχώματα έως και 1 mm. Η χύτευση ψευδαργύρου με υπό πίεση είναι φθηνότερη και ευκολότερη στη χύτευση με υψηλή λεπτομέρεια. Αλλά ο ψευδάργυρος είναι βαρύτερος και λιγότερο άκαμπτος. Για τα περιβλήματα ρομπότ και τις δομικές βάσεις, το αλουμίνιο είναι η καλύτερη επιλογή. Ο ψευδάργυρος λειτουργεί καλά για μικρότερα εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα, όπως βάσεις αισθητήρων και οδηγούς καλωδίων.
Επενδυτική χύτευση για σύνθετες γεωμετρίες
Η χύτευση με επένδυση χρησιμοποιεί ένα μοτίβο κεριού επικαλυμμένο με κεραμικό πολτό. Το κερί λιώνει, αφήνοντας μια κοιλότητα. Το λιωμένο μέταλλο γεμίζει αυτήν την κοιλότητα. Αυτή η μέθοδος δημιουργεί πολύ λεπτομερή σχήματα με λείες επιφάνειες. Ο πίνακας δείχνει τα ελάχιστα πάχη τοιχωμάτων για διαφορετικά κράματα σε αυτήν την κατηγορία υλικών.
| Τύπος κράματος | Ελάχιστο πάχος τοιχώματος (μικρές διατομές) | Ελάχιστο πάχος τοιχώματος (μεγάλες διατομές) |
| Κράματα αλουμινίου | 1.0 mm | 2.0 mm |
| Ανοξείδωτο ατσάλι | 1.5 mm | 2.5 mm |
| Κράματα τιτανίου | 2.0 mm | 3.0 mm |
| Υπερκράματα νικελίου | 1.25 mm | 2.3 mm |
| Κράματα με βάση το κοβάλτιο | 1.5 mm | 2.5 mm |
| Κράματα με βάση τον χαλκό | 1.25 mm | 2.0 mm |
Δεν υπάρχει ένα ενιαίο ελάχιστο πάχος τοιχώματος για κάθε έργο. Ορισμένοι προμηθευτές ισχυρίζονται ότι το πάχος τοιχώματος είναι 2 mm έως 3 mm ως βασική τιμή. Το πραγματικό όριο εξαρτάται από το μέγεθος του εξαρτήματος, τη γεωμετρία και τη ρευστότητα του κράματος. Πρέπει να ελέγξετε το συγκεκριμένο τρισδιάστατο μοντέλο για να μάθετε το ασφαλές ελάχιστο. Για σύνθετα εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα, η χύτευση με επένδυση μειώνει την εργασία μετά την κατεργασία σε σύγκριση με άλλες μεθόδους κατασκευής. Η διαδικασία είναι ιδανική για εξαρτήματα ακριβείας σε συστήματα αυτοματισμού και ρομποτικής. Μπορεί να παράγει εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα με υποκοπές και εσωτερικές διόδους που άλλες διαδικασίες δεν μπορούν.
Φινίρισμα επιφάνειας και ανοχές
Το φινίρισμα της επιφάνειας σε μια σύνδεση εξαρτημάτων ρομποτικού βραχίονα επηρεάζει την κίνηση και τη διάρκεια ζωής. Ένα σωστό φινίρισμα σημαίνει ότι ο εξωτερικός δακτύλιος του ρουλεμάν έρχεται σε πλήρη επαφή με την έδρα. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τις τυπικές τιμές τραχύτητας για διαφορετικά χαρακτηριστικά στα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα. Κάθε τιμή εξυπηρετεί έναν σκοπό. Μια έδρα ρουλεμάν χρειάζεται ένα πολύ λείο φινίρισμα για να αποφευχθούν σημεία τάσης. Μια επιφάνεια αισθητικού περιβλήματος μπορεί να είναι πιο τραχιά επειδή δεν φέρει φορτίο.
| Χαρακτηριστικό | Τυπική τραχύτητα επιφάνειας (Ra) |
| Κάθισμα ρουλεμάν | 0.4–0.8μm |
| Διεπαφή αρμονικής οδήγησης | 0.8–1.6μm |
| Επιφάνεια τοποθέτησης σερβοκινητήρα | 1.6 μm |
| Επιφάνεια περιβλήματος καλλυντικών | 1.6–3.2μm |
| Εσωτερικά μη κρίσιμα χαρακτηριστικά | 3.2 μm |
Ένα φινίρισμα επιφάνειας Ra 0.4 μm σε ένα ρουλεμάν βοηθά στην καλή συγκόλληση μιας επίστρωσης MoS₂. Αυτό το φινίρισμα υποστηρίζει την συνεπή εφαρμογή της μεμβράνης και την καλή πρόσφυση. Όταν το φινίρισμα είναι πολύ τραχύ, η επιφάνεια επαφής μειώνεται. Εμφανίζονται σημεία υψηλής τάσης και μπορούν να προκαλέσουν μικρο-τριβή σε εκατομμύρια κύκλους. Αυτό επηρεάζει αρνητικά την απόδοση. Η διαφορά μεταξύ 0.4 μm και 3.2 μm είναι η διαφορά μεταξύ μιας σύνδεσης που λειτουργεί ομαλά για χρόνια και μιας που φθείρεται νωρίς.
Επίτευξη επαναλήψιμης ευθυγράμμισης αρθρώσεων
Η ευθυγράμμιση των αρθρώσεων εξαρτάται από τις αυστηρές ανοχές και το σωστό φινίρισμα. Η έδρα του ρουλεμάν χρειάζεται Ra 0.4–0.8 μm για τη σωστή τοποθέτηση του εξωτερικού δακτυλίου. Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν λεπτές τροφοδοσίες και χαμηλές ταχύτητες για να επιτύχουν αυτές τις τιμές. Μια πιο τραχιά επιφάνεια κάνει το ρουλεμάν να μετατοπίζεται υπό φορτίο. Αυτή η κακή ευθυγράμμιση οδηγεί σε φθορά και χαμηλότερη ακρίβεια. Για ένα ρομπότ που επαναλαμβάνει την ίδια διαδρομή χιλιάδες φορές, αυτό έχει μεγάλη σημασία. Ακόμα και μια μικρή κακή ευθυγράμμιση αθροίζεται σε πολλούς κύκλους.
Μετρολογία και Ποιοτικός Έλεγχος
Ο ποιοτικός έλεγχος στην κατασκευή εξαρτημάτων ρομποτικού βραχίονα χρησιμοποιεί μηχανές μέτρησης συντεταγμένων και μηχανήματα καταγραφής επιφανειών. Τα CMM ελέγχουν τις θέσεις των οπών και την επιπεδότητα της επιφάνειας. Τα μηχανήματα καταγραφής μετρούν την πραγματική τιμή Ra. Αυτά τα εργαλεία επαληθεύουν ότι κάθε διάσταση παραμένει εντός των προδιαγραφών. Η διαδικασία επιθεώρησης εντοπίζει σφάλματα πριν από τη συναρμολόγηση. Ένα εξάρτημα με λάθος φινίρισμα ή οπή εκτός ανοχής απορρίπτεται. Αυτό εξοικονομεί χρόνο και διατηρεί το τελικό προϊόν αξιόπιστο. Για ιατρικά ρομπότ ή συστήματα αυτοματισμού καθαρών χώρων, αυτό το επίπεδο ποιότητας είναι κρίσιμο.
Σκέψεις σχεδιασμού για εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα
Ο καλός σχεδιασμός ξεκινά με την εργασία που πρέπει να κάνει ο βραχίονας. Οι ενεργοποιητές κινούν κάθε άρθρωση. Οι ηλεκτροκινητήρες εξυπηρετούν καθαρή και ακριβή εργασία. Οι πνευματικοί κύλινδροι κινούνται γρήγορα και οικονομικά. Οι υδραυλικές μονάδες φέρουν τεράστια φορτία. Κάθε τύπος αλλάζει την επιλογή υλικού για τα κοντινά εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα. Ένας υδραυλικός ενεργοποιητής χρειάζεται στεγανοποιήσεις και περιβλήματα που αντιστέκονται στο ρευστό και την πίεση. Ένας ηλεκτρικός χρειάζεται θερμικές διαδρομές και πλαίσια φωτός. Οι τελικοί ενεργοποιητές διαφέρουν επίσης. Μια αρπάγη, ένας ψεκαστήρας και ένα τρυπάνι αγγίζουν τον κόσμο με διαφορετικούς τρόπους. Οι αρπάγες χρειάζονται ανθεκτικές, ελαφριές σιαγόνες. Οι ψεκαστήρες χρειάζονται ανθεκτικά στα χημικά σώματα. Τα τρυπάνια χρειάζονται σκληρές, ανθεκτικές στη φθορά βάσεις. Αυτές οι ανάγκες διαμορφώνουν κάθε απόφαση σχετικά με τα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα.
Αναλογία δύναμης προς βάρος
Γιατί η χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου εξαρτάται από αυτό
Η χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου μειώνεται καθώς αυξάνεται η μάζα του βραχίονα. Κάθε κιλό στο βραχίονα είναι ένα κιλό που πρέπει να κινήσει ο κινητήρας. Ένα βαρύ αντιβράχιο κλέβει τη χωρητικότητα από τον καρπό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μηχανικοί ρομποτικής επιδιώκουν την ακαμψία χωρίς βάρος. Οι ελαφρύτεροι σύνδεσμοι σημαίνουν ταχύτερη κίνηση και χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος. Για τους βιομηχανικούς βραχίονες που λειτουργούν όλη μέρα, αυτό εξοικονομεί πραγματικά χρήματα.
Επιλογές Υλικών και Γεωμετρίας
Μέταλλα όπως το αλουμίνιο και το τιτάνιο προσφέρουν υψηλή αντοχή ανά κιλό. Τα σύνθετα υλικά προχωρούν ακόμη περισσότερο. Μια μελέτη του IEEE Access μείωσε τη μάζα του βραχίονα κατά 24.32% χρησιμοποιώντας ένα υβρίδιο από ανθρακονήματα και αλουμίνιο. Η γεωμετρία έχει εξίσου μεγάλη σημασία. Οι νευρώσεις, τα κοίλα τμήματα και οι κωνικοί σύνδεσμοι αφαιρούν το νεκρό βάρος. Ένα καλοσχηματισμένο εξάρτημα συχνά υπερτερεί ενός φανταχτερού υλικού.
Προγράμματα οδήγησης κόστους
Κόστος πρώτων υλών
Το τιτάνιο κοστίζει πολύ περισσότερο από τον χάλυβα. Το προεμποτισμένο υλικό από ανθρακονήματα είναι ακόμα πιο ακριβό. Τα πλαστικά παραμένουν φθηνά. Το ακατέργαστο απόθεμα θέτει το κατώτατο όριο για οποιαδήποτε προσφορά. Οι αγοραστές θα πρέπει να προσαρμόζουν το υλικό στο φορτίο, όχι στο συνηθισμένο.
Επιδράσεις Εργαλείων, Εργασίας και Όγκου
Οι μήτρες σφυρηλάτησης και τα καλούπια έγχυσης συνεπάγονται σημαντικό αρχικό κόστος. Αυτό το κόστος αποδίδει μόνο στον όγκο. Οι χαμηλές παραγγελίες ευνοούν την κατεργασία CNC, η οποία παραλείπει τα εργαλεία. Η εργασία συσσωρεύεται γρήγορα στα χειροποίητα εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα. Η παραγωγή μεγάλου όγκου κατανέμει τα εργαλεία σε πολλές μονάδες και μειώνει την τιμή μονάδας.
Ανθεκτικότητα και φθορά
Αντοχή στην κόπωση και επιφανειακές επεξεργασίες
Τα κυκλικά φορτία προκαλούν ρωγμές κόπωσης με την πάροδο του χρόνου. Οι επιφανειακές επεξεργασίες βοηθούν τα μέταλλα να αντισταθούν σε αυτές. Το αλουμίνιο είναι μαλακό από μόνο του. Η σκληρή ανοδίωση τύπου III το διορθώνει αυτό. Αναπτύσσει ένα κεραμικό στρώμα οξειδίου πάχους 40-60 µm, ενσωματωμένο στο εξάρτημα. Η επιφανειακή σκληρότητα υπερβαίνει τα 60 HRC. Αυτό ξεπερνά κατά πολύ το ακατέργαστο αλουμίνιο.
| Κατάσταση επιφάνειας | Επιφανειακή σκληρότητα | Φορέστε αντοχή |
| Ακατέργαστο αλουμίνιο | Μαλακή επιφάνεια όγκου | Γδαρσίματα κάτω από την ολίσθηση και σκόνη |
| Τύπος III σκληρά ανοδιωμένο | 60+ HRC | Ανώτερη αντοχή στις γρατζουνιές και την τριβή |
Ο εμποτισμός PTFE μειώνει περαιτέρω την τριβή, γεγονός που επιτρέπει την ξηρή λειτουργία των δακτυλίων.
Περιβαλλοντικοί Παράγοντες και Διάβρωση
Η υγρασία, οι χημικές ουσίες και η άμμος προσβάλλουν όλα τα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα. Ο ανοξείδωτος χάλυβας και το τιτάνιο αντιστέκονται καλά στη διάβρωση. Το αλουμίνιο χρειάζεται επίστρωση σε υγρά περιβάλλοντα. Τα σύνθετα υλικά αντιστέκονται στη σκουριά αλλά φθείρονται από την τριβή. Οι εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο το αποδεικνύουν αυτό. Η λείανση, η ξυλουργική και η κατασκευή μετάλλων πλήττουν τις ολισθαίνουσες επιφάνειες. Η στοίβαξη παλετών και η επεξεργασία επιφανειών ανταμείβουν τους ελαφρούς, άκαμπτους συνδέσμους. Η ρομποτική για ιατρικά και καθαρά δωμάτια απαιτεί λεία, καθαριζόμενα περιβλήματα. Συνδυάστε το υλικό με το περιβάλλον και η ανθεκτικότητα ακολουθεί.
Επιλογή Υλικών και Διαδικασιών για Εξαρτήματα Ρομποτικού Βραχίονα
Η επιλογή του σωστού μείγματος για τα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα σημαίνει ότι αντιστοιχίζετε αυτό που χρειάζεστε με αυτό που μπορεί να κάνει κάθε επιλογή. Ένας οδηγός επιλογής υλικών μπορεί να σας βοηθήσει σε αυτό. Συγκρίνετε την αντοχή, το βάρος, το κόστος και την ανθεκτικότητα με την εργασία που πρέπει να εκτελέσει ο βραχίονας.
Αντιστοίχιση υλικού με την εφαρμογή
Ρομπότ υψηλής ταχύτητας έναντι ρομπότ υψηλού ωφέλιμου φορτίου
Τα ρομπότ υψηλής ταχύτητας χρειάζονται ελαφρούς συνδέσμους. Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα και το αλουμίνιο είναι τα καλύτερα για αυτόν τον σκοπό. Μειώνουν την αδράνεια και επιτρέπουν στους κινητήρες να κινούνται πιο γρήγορα. Τα ρομπότ υψηλού ωφέλιμου φορτίου χρειάζονται ακαμψία και αντοχή. Ο χάλυβας και το τιτάνιο μεταφέρουν βαριά φορτία χωρίς να κάμπτονται. Η επιλογή σας επηρεάζει τους χρόνους κύκλου και την ποσότητα ενέργειας που χρησιμοποιεί το ρομπότ.
Απαιτήσεις για καθαρούς χώρους και ασφάλεια τροφίμων
Η ρομποτική καθαρών χώρων απαιτεί λείες, μη πορώδεις επιφάνειες. Ο ανοξείδωτος χάλυβας εμποδίζει την ανάπτυξη βακτηρίων. Η επεξεργασία τροφίμων προσθέτει ένα ακόμη επίπεδο κανόνων. Ο ανοξείδωτος χάλυβας αντέχει στα οξέα τροφίμων και στα χημικά καθαρισμού χωρίς να σκουριάζει. Τα πολυμερή που συμμορφώνονται με τα πρότυπα τροφίμων λειτουργούν καλά για τελικούς παράγοντες που έρχονται σε άμεση επαφή με προϊόντα. Λιπαντικά με πιστοποίηση NSF H1 απαιτούνται οπουδήποτε μπορεί να συμβεί τυχαία επαφή. Αυτά τα υλικά διατηρούν τα ιατροτεχνολογικά προϊόντα και τα συστήματα τροφίμων ασφαλή.
Αντιστοίχιση Διαδικασίας με τον Όγκο Παραγωγής
Πρωτότυπα έναντι Παραγωγής Χαμηλού Όγκου
Για τα πρωτότυπα, η κατεργασία CNC και το DMLS σας προσφέρουν ταχύτητα χωρίς κόστος εργαλείων. Το DMLS μπορεί να κατασκευάσει πολύπλοκα εσωτερικά κανάλια που δεν μπορούν να φτάσουν τα εργαλεία κοπής. Το CNC διατηρεί αυστηρές ανοχές για κρίσιμες διεπαφές. Μια υβριδική προσέγγιση λειτουργεί καλά εδώ. Εκτυπώστε το σχεδόν καθαρό σχήμα και, στη συνέχεια, κατεργαστείτε τις έδρες και τα σπειρώματα των ρουλεμάν σε ±0.005 mm. Αυτό συνδυάζει την ελευθερία σχεδιασμού με την ακρίβεια.
Οικονομικά Μαζικής Παραγωγής
Οι μεγάλοι όγκοι παραγωγής ευνοούν τη χύτευση με έγχυση για πλαστικά και τη χύτευση υπό πίεση για μέταλλα. Το κόστος των εργαλείων κατανέμεται σε χιλιάδες μονάδες. Οι τιμές των μονάδων μειώνονται γρήγορα. Για 10 έως 2,000 μονάδες, η κατεργασία CNC συχνά κερδίζει σε κόστος και απόδοση. Μετά από αυτό το σημείο, η χρήση εξειδικευμένων εργαλείων αποδίδει καρπούς.
Δοκιμές και επικύρωση
Μέθοδοι Μηχανικών Δοκιμών
Οι δοκιμές δείχνουν εάν ένα σχέδιο λειτουργεί. Οι δοκιμές εφελκυσμού ελέγχουν την αντοχή. Οι δοκιμές κόπωσης αντιγράφουν εκατομμύρια κύκλους. Οι δοκιμές σκληρότητας επιβεβαιώνουν τις επιφανειακές επεξεργασίες. Αυτές οι μέθοδοι εντοπίζουν αδύνατα σημεία πριν από την έναρξη της παραγωγής.
Δοκιμές κύκλου σε πραγματικό κόσμο
Οι εργαστηριακές δοκιμές δεν μπορούν να αντιγράψουν όλες τις συνθήκες. Οι εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο εκθέτουν τα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα σε σκόνη, υγρασία και κραδασμούς. Η λείανση και η ξυλουργική πλήττουν τις ολισθαίνουσες επιφάνειες. Η στοίβαξη παλετών ανταμείβει τους άκαμπτους, ελαφρούς συνδέσμους. Εκτελέστε τον βραχίονα στις πραγματικές του κινήσεις. Μετρήστε τη φθορά και την ευθυγράμμιση με την πάροδο του χρόνου. Αυτό αποδεικνύει ότι ο σχεδιασμός λειτουργεί για συστήματα αυτοματισμού που λειτουργούν όλη την ημέρα.
| Αίτηση / Απαίτηση | Συνιστώμενη μέθοδος | Επιλογή υλικών | Εφικτή ανοχή |
| Μπλοκ ρευστού ακριβείας | Φρέζα CNC 5 αξόνων | Al6061-T6 | ± 0.010 mm |
| Σύνθετα εσωτερικά κανάλια | DMLS | Εργαλειοχάλυβας 1.2709 | ± 0.008 mm |
| Οπτικό Μακέτα | Τρισδιάστατη εκτύπωση SLA | Ρητίνη που σκληραίνει με υπεριώδη ακτινοβολία | ± 0.15 mm |
Η εξειδίκευση της NOBLE στα εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα
Οι συνεργάτες παραγωγής θα πρέπει να είναι σε θέση να χειρίζονται μια σειρά από διαδικασίες, όπως κατεργασία CNC, DMLS, χύτευση με έγχυση και χύτευση για εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα. Θα πρέπει επίσης να εφαρμόζουν μέτρα ποιοτικού ελέγχου.
Τα πλαστικά, τα μέταλλα και τα σύνθετα υλικά έχουν το καθένα τη δική τους χρήση στη ρομποτική. Τα μέταλλα φέρουν βαριά φορτία. Τα πλαστικά διατηρούν τα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα ελαφριά και φθηνά. Τα σύνθετα υλικά προσφέρουν υψηλή ακαμψία σε συνδέσμους όπου το βάρος έχει τη μεγαλύτερη σημασία. Η καλύτερη επιλογή εξαρτάται από την αντοχή, το βάρος, το κόστος και την ανθεκτικότητα. Οι διαδικασίες κατασκευής έχουν επίσης σημασία. Η κατεργασία CNC παρέχει αυστηρές ανοχές για τις αρθρώσεις. Το DMLS κατασκευάζει σύνθετα εσωτερικά κανάλια. Η χύτευση υπό πίεση και η χύτευση με επένδυση χειρίζονται σύνθετα περιβλήματα. Η σφυρηλάτηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εξαρτήματα υψηλής αντοχής. Ένας εξειδικευμένος συνεργάτης κατασκευής σας βοηθά να επιλέξετε το σωστό μείγμα. Λειτουργούν τόσο με μέταλλο όσο και με πλαστικό. Αυτό μειώνει τον κίνδυνο και ενισχύει την ποιότητα. Στο μέλλον, οι υβριδικές διαδικασίες και τα νέα υλικά θα συνεχίσουν να επεκτείνουν τις δυνατότητες ενός ρομποτικού βραχίονα. Καλύτεροι συνδυασμοί σημαίνουν ελαφρύτερους βραχίονες, ταχύτερους κύκλους και νέες χρήσεις σε τομείς όπως ο ιατρικός αυτοματισμός.
Συχνές ερωτήσεις σχετικά με τα εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα
Ποια υλικά είναι καλύτερα για εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα;
Εξαρτάται από την εργασία. Μέταλλα όπως ο χάλυβας και το τιτάνιο φέρουν βαριά φορτία. Τα πλαστικά είναι κατάλληλα για καλύμματα και περιβλήματα αισθητήρων. Τα πολυμερή ενισχυμένα με ίνες άνθρακα ταιριάζουν σε μεγάλους κρίκους όπου το βάρος έχει τη μεγαλύτερη σημασία. Συνδυάστε το υλικό με τις ανάγκες αντοχής, βάρους, κόστους και ανθεκτικότητας.
Ποια διαδικασία παραγωγής πρέπει να επιλέξω;
Η κατεργασία CNC και η DMLS χειρίζονται μεταλλικά μέρη με περιορισμένες ανοχές. Η χύτευση με έγχυση λειτουργεί για πλαστικά μέρη. Η χύτευση διαμορφώνει πολύπλοκα περιβλήματα. Η σφυρηλάτηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εξαρτήματα ρομποτικού βραχίονα υψηλής αντοχής. Ο όγκος παραγωγής και η γεωμετρία του εξαρτήματος καθορίζουν τον νικητή.
Πότε η κατεργασία CNC είναι καλύτερη από την τρισδιάστατη εκτύπωση;
Το CNC επιτυγχάνει μικρές ανοχές και λείες επιφάνειες. Διατηρεί τις έδρες των ρουλεμάν στα Ra 0.4–0.8 μm. Το DMLS είναι ιδανικό για πολύπλοκα εσωτερικά κανάλια που δεν μπορούν να φτάσουν τα εργαλεία κοπής. Μια υβριδική προσέγγιση λειτουργεί καλά: εκτυπώνει το σχήμα που βρίσκεται κοντά στο καθαρό και στη συνέχεια επεξεργάζεται τις κρίσιμες διεπαφές σε ±0.005 mm.
Πώς μπορώ να επιλέξω ανάμεσα σε πλαστικό και μέταλλο;
Επιλέξτε πλαστικά για ελαφριά φορτία, καλύμματα και περιβλήματα καθαρών χώρων. Κοστίζουν λιγότερο και διαμορφώνονται γρήγορα. Παραλείψτε τα για θερμά σημεία ή αρθρώσεις υψηλού φορτίου, καθώς σέρνονται υπό σταθερή τάση. Τα μέταλλα αντέχουν τη θερμότητα, τη φθορά και τους βαριούς κύκλους πολύ καλύτερα. Τα σύνθετα υλικά ταιριάζουν σε κρίσιμους για το βάρος συνδέσμους.
Τι καθορίζει το κόστος των εξαρτημάτων του ρομποτικού βραχίονα;
Το ακατέργαστο υλικό θέτει το δάπεδο. Το τιτάνιο και οι ίνες άνθρακα κοστίζουν περισσότερο από τον χάλυβα ή τα πλαστικά. Η επεξεργασία εργαλείων προσθέτει σημαντικό αρχικό κόστος για τις μήτρες σφυρηλάτησης και τα καλούπια έγχυσης. Αυτό το κόστος αποδίδει σε μεγάλο όγκο. Οι χαμηλές παραγγελίες ευνοούν την κατεργασία CNC, η οποία παραλείπει εντελώς την επεξεργασία εργαλείων.
Γιατί έχει τόσο μεγάλη σημασία το φινίρισμα της επιφάνειας;
Ένα λείο φινίρισμα επιτρέπει στα ρουλεμάν να εφαρμόζουν σωστά. Οι τραχιές επιφάνειες κόβουν την περιοχή επαφής και δημιουργούν σημεία τάσης. Αυτά τα σημεία προκαλούν μικροτριβή σε εκατομμύρια κύκλους. Το κενό μεταξύ Ra 0.4 μm και Ra 3.2 μm καθορίζει εάν μια σύνδεση θα λειτουργεί ομαλά για χρόνια ή θα φθείρεται νωρίς.
Πώς μπορώ να δοκιμάσω τα εξαρτήματα του ρομποτικού βραχίονα πριν από τη μαζική παραγωγή;
Εκτελέστε πρώτα μηχανικές δοκιμές και στη συνέχεια προσομοιώστε την πραγματική χρήση. Η λείανση και η ξυλουργική τιμωρούν τις ολισθαίνουσες επιφάνειες. Η στοίβαξη παλετών ανταμείβει τους άκαμπτους, ελαφρούς συνδέσμους. Μετρήστε τη φθορά και την ευθυγράμμιση με την πάροδο του χρόνου. Αυτό αποδεικνύει ότι ο σχεδιασμός λειτουργεί για συστήματα αυτοματισμού που λειτουργούν όλη την ημέρα.
Τι πρέπει να προσέξω σε έναν συνεργάτη κατασκευής;
Αναζητήστε έναν συνεργάτη με εμπειρία στην επεξεργασία μετάλλων και πλαστικών. Ελέγξτε για σχετικές πιστοποιήσεις ποιότητας. Ρωτήστε για υποστήριξη σχεδιασμού, συναρμολόγησης και δοκιμών. Ένας συνεργάτης που καλύπτει ολόκληρη τη διαδρομή από το σχεδιασμό έως την υλοποίηση μειώνει τον κίνδυνο. Αυτό έχει σημασία στη ρομποτική, όπου κάθε μέρος επηρεάζει ολόκληρο τον βραχίονα.
