Egy robotkar teljesítménye az alkatrészek gyártási módjától függ, nem csak a tervezési szándéktól. A robotkar alkatrészei közé tartozik a vezérlő, az érzékelők, az ízületek, az aktuátorok, az effektorok és a szerkezeti házak. Mindegyiknek megvan a maga szerepe. Hogyan kapcsolódik össze a funkció, a gyártási folyamatok, a pontosság és az anyagválasztás a valós projektekben? Ez a kapcsolat fontos a mérnökök, a termékmenedzserek és a műszaki beszerzők számára. Formálja az ismételhetőséget, a hasznos teherbírást, az egységköltséget, a szállítási időt és a beszerzési kockázatot. Ez a cikk az alkatrész-kategóriáktól a folyamatokon, majd az anyagokon áthalad, és egy gyakorlati kiválasztási keretrendszerrel zárul, amelyet alkalmazhat.
Általános robotkar-alkatrészek és funkciók
Vezérlő, érzékelők és működtetők
Irányító és biztonsági koordináció
A vezérlő a rendszer agyaként működik. Érzékelőadatokat olvas, mozgásalgoritmusokat futtat, és parancsokat küld minden ízületnek. A biztonsági koordináció is itt történik. A vezérlő hibákat keres, korlátozza a nyomatékot, és vészleállítást indít, ha valami rosszul megy.
Nyomaték-, erő- és látószenzorok
Az érzékelők adják meg a kar tudatosságát. A nyomatékérzékelők mérik a forgási erőt minden ízületnél. Az erőérzékelők érzékelik a csukló érintkezési nyomását. A vizuális érzékelők segítenek a karnak megtalálni és ellenőrizni az alkatrészeket. Ezek a visszacsatolási hurkok biztosítják a mozgás pontosságát és megakadályozzák a károsodást.
Szervomotorok és aktuátor típusok
Az aktuátorok energiát mozgássá alakítanak. Az elektromos szervomotorok a modern konstrukciók élvonalában vannak. A pneumatikus aktuátorok sűrített levegőt használnak a gyors, egyszerű mozgásokhoz. A hidraulikus aktuátorok nagyon nehéz terheket kezelnek. Minden típus más hasznos teherhez és sebességigényhez igazodik.
Csuklók, reduktorok és kódolók
Csuklótípusok és szabadsági fokok
Az ízületek határozzák meg a kar mozgását. A forgóízületek lehetővé teszik a csavaró mozgást. A prizmás ízületek lineáris mozgást biztosítanak. Minden ízület bizonyos fokú szabadságot biztosít. Egy hattengelyes kar szinte bármely pontját elérheti a munkaterületén.
Reduktor és sebességváltó szerepek
A reduktoros fogaskerekek megsokszorozzák a motor nyomatékát és a vágási sebességet. Ezek a motor és a csukló között helyezkednek el. Gyakori választás a sebességváltók, szíjak és harmonikus hajtások. Ezeknek az alkatrészeknek a holtjátéka közvetlenül befolyásolja a pozicionálási pontosságot.
Jeladó visszacsatolás és pozicionálás
Az enkóderek valós időben követik nyomon az illesztések pozícióját. Impulzusokat vagy digitális jeleket küldenek a vezérlőnek. A nagy felbontású enkóderek lehetővé teszik a finom pozicionálást. Nélkülük a vezérlő nem tudja lezárni a hurkot.
Végeffektorok és szerkezeti házak
Karvégi szerszámok és megfogók
A tényleges munkát a végrehajtó egységek végzik. Gyakori példák erre a megfogók, tapadókorongok és hegesztőpisztolyok. A megfogó kiválasztása befolyásolja a ciklusidőt és a megbízhatóságot. Az elektromos megfogók gyakran meghaladják a 10 000 üzemórát. A pneumatikus megfogók tömítését 3-6 havonta kell cserélni párás vagy poros helyeken. Egyetlen kompresszorhiba egyszerre több tucat pneumatikus működtetőt is leállíthat. Az elektromos egységek egyesével meghibásodnak, és öndiagnózist kínálnak az előrejelző karbantartáshoz.
Alap-, összekötő- és házszerkezetek
Az alap rögzíti a kart egy felülethez. A robotkar összekötőelemei összekötik az ízületeket és hordozzák a terheket. A robot összekötő testeknek egyensúlyban kell tartaniuk a merevséget és a súlyt. A robotkar összekötő testei gyakran alumíniumot vagy szénszálat használnak. A robot aktuátorok házak védik a motorokat és a fogaskerekeket a portól és a nedvességtől. A aktuátorok házak érzékelők rögzítési pontjait is biztosítják. A nagy pontosságú aktuátorok merev házakra támaszkodnak az illesztés megtartásához. A szerkezeti összekötő testek és a robot aktuátorok házak alkotják bármely robotkar alkatrész-készlet mechanikai gerincét.
Robotkar-alkatrészek gyártási folyamatai
Minden gyártási folyamatnak megvannak a maga előnyei. A robotkar-alkatrészek gyártásának kulcsa a megfelelő eljárás kiválasztása minden egyes alkatrészhez. A CNC megmunkálás a legtöbb szerkezeti elemet kezeli. A fémlemez és a nyomásos öntés nagyszerű a burkolatokhoz. A fröccsöntés jól működik olyan alkatrészeknél, amelyek nem hordoznak terhet. Az additív gyártás hasznos a prototípusoknál. Az anyagok kiválasztása is befolyásolja a használt folyamatot. Amikor az alkatrész és a folyamat jól illeszkedik, időt és pénzt takarít meg.
CNC megmunkálás robotkar alkatrészekhez
Csatlakozók és házak marása és esztergálása
A CNC megmunkálás levágja az anyagot a tömör tömbről. A marás sík felületeket, hornyokat és lyukakat alakít ki. Az esztergálás kerek formákat hoz létre a tengelyeken és házakon. A legtöbb szerkezeti összekötő test alumínium tömbként kezdődik. Ezek a fő szerkezeti összekötő testek nagy terhelést hordoznak. A robotkar szerkezeti elemeinek nagyon mereveknek kell lenniük. A működtető házak a pontos illesztés érdekében szintén CNC megmunkálásra támaszkodnak. Ez a folyamat szigorú kontrollt biztosít minden mérés felett. A megmunkált alkatrész néhány századmilliméteren belül megegyezhet a tervvel.
A CNC megmunkálás kiválóan alkalmas kis és közepes volumenű megmunkáláshoz. Évente egytől több ezer alkatrészig terjedő gyártás esetén a minőség és a költség legjobb arányát kínálja. A robotizált összekötő testek és csuklóházak gyakori munkák.
Tűrések és felületkezelések
A robotkar alkatrészeinél a tűrések valóban számítanak. Az egyik illesztésben a laza illeszkedés hibákat okoz, amelyek az egész karra átterjednek. Íme a CNC-megmunkált alkatrészek tipikus tartományai:
| Tolerancia kategória | Elérhető tolerancia | Tipikus alkalmazás |
| Standard | ±0.125 mm (±0.005 hüvelyk) | Burkolatok és konzolok (ISO2768-m) |
| Pontosság | ±0.01 mm (±0.0005 hüvelyk) | Csapágyülések, illesztőcsapok, illesztések |
| Precíziós csiszolás | ±0.005 mm (±0.0002 hüvelyk) | Rendkívüli pontosság (egyedi korlátok) |
A precízió szoros tűréshatárokat biztosít a kritikus jellemzőknél. A csapágyfuratok közötti párhuzamosságnak egy összekötő elemen 0.02 mm alatt kell maradnia. Az ezen a ponton túli eltérés súrlódást és korai meghibásodást okoz. A csatlakozási felületek koncentrikussága nem sérülhet. A hibák felhalmozódnak a kinematikai láncban, és nagy pontatlanságokat okoznak a kézben.
A felületkezelés ugyanolyan fontos. A csapágyüléseknek Ra értékre van szükségük 0.4–0.8 mikrométerre. Az érdesebb felület növeli a kopást. A profilométer ezeket az értékeket méri a gyártás során. A működtetőházak gyakran ugyanilyen kezelést kapnak. A sima felületek biztosítják a tömítések működőképességét és megakadályozzák a szivárgásokat.
Lemez- és nyomásos öntési eljárások
Burkolatok, konzolok és szerelőlapok
A lemezalkatrészek védik a belső alkatrészeket és rögzítési pontokat biztosítanak. Gyakori példák erre a robotburkolatok, kábelvezetők és érzékelőkonzolok. A sajtológépek gyorsan vágják és formázzák a lemezeket. Minden alkatrész elkészítése 1-5 másodpercet vesz igénybe. A szerszámköltségek 10 000 és 100 000 dollár között mozognak. A tűrések ±0.1 és ±0.5 mm között vannak. A felületminőség jó, de nem olyan sima, mint a megmunkált alkatrészeké.
Nagy volumenű lakásépítés
A nyomásos öntés nagy gyártási sorozatokhoz használható. Az olvadt alumíniumot nyomás alatt fecskendezik az acélformába. A falvastagság 1.5 és 4.0 mm között változik. A minimum körülbelül 1.0 mm. A vékonyabb falaknál fennáll a hiányos kitöltés veszélye. A nyomásos öntés ±0.1 mm-es tűréshatárokat ér el. A felületi minőség 1.6-3.2 mikrométer Ra. Az alkatrészek bonyolultsága nagyon magas lehet. Minden ciklus 30-120 másodpercig tart. A szerszámköltségek 15 000 dollártól több mint 200 000 dollárig terjednek. Ezáltal az eljárás évi 10 000 vagy több alkatrész gyártásához a legalkalmasabb. Az anyaghulladék alacsony, 5-10 százalék.
Gyakorlati szempontból a nyomásos öntés alkalmas robot alapházakhoz és nagyméretű burkolatokhoz. Az eljárás vékony bordákon és kiemelkedéseken keresztül szilárdságot biztosít. A legtöbb felülethez nincs szükség extra megmunkálásra.
Fröccsöntés és additív gyártás
Műanyag burkolatok és nem szerkezeti alkatrészek
A fröccsöntés gyorsan formázza a műanyagot összetett alkatrészekké. Tipikus felhasználási területek a nem szerkezeti burkolatok, kábelrögzítők és érzékelőházak. A ciklusidők akár 30 másodperc alatt is lehetnek. A szerszámköltségek magasak, de az alkatrészenkénti költség gyorsan csökken nagy volumen esetén. A hűtés során fellépő zsugorodást a forma tervezésekor figyelembe kell venni.
DMLS fém prototípusokhoz
A közvetlen fémlézeres szinterezés rétegről rétegre építi fel az alkatrészeket fémporból. Nincs szükség szerszámokra. Ez ideálissá teszi prototípusokhoz és kis sorozatokhoz. Egy új láncszem-kialakítás napok alatt tesztelhető hetek helyett. A DMLS olyan összetett belső jellemzőket is kezel, amelyeket a marás nem tud elérni. A felületi minőség durvább, mint a megmunkált alkatrészeké, jellemzően Ra 6-10 mikrométer. A kritikus felületek utólagos megmunkálása gyakori. Az eljárás egy-ötven alkatrész esetében a leghatékonyabb. Az alkatrészenkénti költség magas, de az időmegtakarítás gyakran indokolja. A CNC megmunkálás továbbra is vezető szerepet tölt be a szerkezeti alkatrészek gyártási volumeneiben.
Robotkar-alkatrészek tervezési szempontjai
Tűrésösszegzés és illesztések illesztése
Folyamatpontosság és ismételhetőség
Minden egyes illesztés egy kis hibát okoz a rendszerben. Ezek a hibák felhalmozódnak a kinematikai láncban. Az első illesztésnél a laza illeszkedés nagyobb pozícióhibát okoz a végrehajtó szervnél. Ezért fontosak a szűk tűrések minden kritikus jellemzőnél. A láncszemtest csapágyfuratainak 0.02 mm-en belül párhuzamosnak kell maradniuk. Bármi, ami ennél több, súrlódást és kopást okoz. Ha az egyik láncszemtest a tűréssáv felső végén, a másik pedig az alsó végén található, az illesztés beállítása eltolódik.
Az ismételhetőség a folyamat pontosságától függ. A CNC megmunkálás ±0.01 mm-es pontosságot biztosít az illesztőcsapokon és a csapágyüléseken. Az ilyen szintű precíziós alkatrészek kiszámítható összeszerelést tesznek lehetővé. A tervezőknek a rajzolási fázisban figyelembe kell venniük az egymásra rakást.
Alapadat-stratégia és összeszerelési illeszkedés
Egy jó referenciapont-stratégia a megmunkálást, az ellenőrzést és az összeszerelést ugyanahhoz a referenciarendszerhez köti. A robotika esetében a referenciapontoknak meg kell egyezniük azzal, ahogyan a robotot a valós használat során összeszerelik és rögzítik. Az alapfelszerelési felület és a dübelcsapok gyakran elsődleges referenciapontokká válnak. Az illesztési felületek és a csapágyfuratok ezekből a referenciákból épülnek fel.
Íme a referenciapontok kiválasztásának legjobb gyakorlatai:
| Legjobb gyakorlat | Hogyan befolyásolja az összeszerelés pontosságát |
| A valós összeszerelési körülményeknek megfelelő horgony-alappontok | Minden képkocka ugyanazt a referenciát használja |
| Használja az alaplap rögzítési felületét és a dübeleket elsődleges referenciapontként | A funkcionális jellemzők egy közös referenciával rendelkeznek |
| Egyértelmű adatfelületek és helymeghatározó elemek meghatározása | Ismételhető pozicionálás az összeszerelés során |
| Használjon dübeleket vagy megmunkált vállakat az illesztéshez | Az alkatrészek önműködően a helyükre kerülnek |
Ez a megközelítés precíz összeszerelést tesz lehetővé. Az illesztések illesztése egységről egységre állandó marad.
Súly, merevség és hasznos teher
Merevség-tömeg kompromisszumok
Egy összekötő elemnek merevnek, de könnyűnek kell lennie. Minden egyes gramm, ami eltávolodik az illesztéstől, tehetetlenséget és terhelést eredményez. A tömegcsökkentés az egész rendszert segíti. Íme, hogyan hasonlítható össze két gyakori anyag:
| Anyag | Szakítószilárdság (MPa) | Sűrűség (g / cm³) | Fajlagos erősség |
| Szénszálas kompozit | 600-1500 | 1.5-1.8 | 400-1000 |
| Alumínium 6061-T6 | ~ 310 | 2.70 | ~ 115 |
A szénszál 3-8-szor nagyobb fajlagos szilárdságot biztosít, mint az alumínium. Egy hibrid CFRP/alumínium prototípus 24.32%-os tömegcsökkentést ért el az alumínium kialakításhoz képest. Ezáltal nagyobb hasznos teherbírás szabadult fel. Az anyag- és geometriaválasztás közvetlenül befolyásolja a hasznos teherbírást.
Falvastagság és borda kialakítás
A bordák súly nélkül adnak merevséget. Egy belső bordákkal ellátott üreges extrudált darab fele akkora súllyal is elérheti egy tömör rúd merevségét.
A tervezőknek gondosan modellezniük kell a terhelési útvonalat. Csak ott adjunk hozzá anyagot, ahol teher van. Ez a megközelítés súlyt takarít meg a merevség csökkenése nélkül.
Felületkezelés és kopás
Csapágyülések és tömítőfelületek
A robotkar alkatrészeinek illesztéseinek felületkezelése befolyásolja a kopási élettartamot. A csapágyüléseknek 0.4–0.8 mikrométer Ra értékre van szükségük. A durvább felületkezelés növeli a súrlódást és lerövidíti a csapágy élettartamát. A tömítőfelületeknek is sima felületkezelésre van szükségük.
Minden csapágyüléshez felületkezelési jelölés szükséges a rajzon. A szigorú tűrések és a sima felületek együttesen biztosítják a hosszú élettartamot. Egy profilométer ellenőrzi ezeket az értékeket a gyártás során.
Bevonatolási és eloxálási lehetőségek
Az alumínium alkatrészek felületvédelmet igényelnek. A robotkar alkatrészeinél az eloxálás a standard választás. A csúszó vagy forgó alkatrészeknek egyenletes rétegeket kell bevonniuk a kopás elkerülése érdekében.
| Eloxáló típus | folyamat | Tipikus vastagság (mikron) |
| I. típus | Króm | 0.5 - 2.5 |
| II | Kénes | 5 - 25 |
| Type III | Keménykabát | 25 - 150 |
Csapágyülések és illesztések esetén a III. típusú keménybevonat biztosítja a legjobb kopásállóságot. A keménység eléri a 60-70 HRC-nek megfelelő értéket. A bevonat vastagsága jellemzően 0.002 hüvelyk a funkcionális felületeken. Minden végleges méret a bevonás után érvényes. Az eloxálás utáni PTFE kenőanyaggal történő impregnálás extra élettartamot biztosít.
A robotkar alkatrészeinek általános anyagai
A robotkar alkatrészeinek megfelelő anyagának kiválasztása olyan, mint egy egyensúlyozás. Szükség van szilárdságra, kis súlyra és olyan költségre, amely nem okoz aggodalmat a pénzügyi csapatnak. A választás azt is befolyásolja, hogy melyik gyártási folyamat működik a legjobban. Nézzük meg a robotikai anyagok főbb típusait: műanyagok, fémek és kompozitok.
Fémek robotkar-alkatrészekhez
6061-T6 és 7075-T6 alumínium
Az alumínium a robotkar alkatrészek fő anyaga. A 6061-T6 minőség jó egyensúlyt teremt a szilárdság, a rozsdaállóság és a könnyű megmunkálhatóság között. Jól hegeszthető és olcsóbb, mint a legtöbb más alternatíva. A 7075-T6 minőség erősebb, majdnem olyan erős, mint egyes acélok. Könnyen megmunkálható, de drágább és nem hegeszthető jól. Mindkét minőség jól használható összekötő testek és működtető házak CNC megmunkálásához. Az alumíniumötvözetből készült házak 40-50%-kal könnyebbek, mint az öntöttvas, de nem olyan jól terítik a hőt. Ez a súlymegtakarítás közvetlenül növeli a hasznos teherbírást.
17-4 PH rozsdamentes acél és Ti-6Al-4V
Rozsdamentes acélt és titánt akkor használnak, ha az alumínium nem elég erős. A 17-4 PH minőség nagy szilárdságú és jó rozsdaállósággal rendelkezik. Jól használható tengelyekhez, csapokhoz és nagy feszültségű kötésekhez. A Ti-6Al-4V titán nagyon jó szilárdság-tömeg arányt biztosít. A titán kizárólagos használata nagy feszültségű fogaskeréktengelyekben csökkenti a súlyt, miközben megőrzi a szilárdságot. Mindkét anyag lassabb CNC forgácsolási sebességet és jobb vágószerszámokat igényel. Többe kerülnek, ezért a tervezők csak szükség esetén használják őket.
Műanyagok és műszaki polimerek
POM, PEEK, nejlon és ABS
A műanyagokat burkolatokhoz, perselyekhez és tehermentes alkatrészekhez használják. A POM (acetál) könnyen megmunkálható és pontos méreteket tart. A PEEK ellenáll a magas hőmérsékletnek és a vegyszereknek. A nejlon erős és nem kopik gyorsan. Az ABS olcsó és könnyen formázható. Minden típus a robotkar különböző helyein működik. A POM nagyon alacsony vízfelvételi aránnyal rendelkezik, általában kevesebb, mint 0.2%. Ez segít abban, hogy nedves helyeken is pontos méreteket tartson. Ez alkalmassá teszi a robotkar burkolatainak precíz alkatrészeihez.
Kopásállóság és méretstabilitás
A nedvesség megváltoztatja a műanyagok viselkedését. Íme egy rövid áttekintés arról, hogyan kezelik a robotikai anyagok a párás környezetet:
| Műanyag | Hogyan befolyásolja a páratartalom a méretet |
| POM | A víznek kevés hatása van; a hőmérsékletváltozás fontosabb |
| Nejlon | Vizet szív el, ami megváltoztatja a méretét és tulajdonságait |
| KANDIKÁL | Jól tartja a méretét; nagyon kevés vizet szív fel |
| ABS | Jobban befolyásolja a hő, mint a víz; közepes merevség |
A PEEK vízfelvételi aránya 0.1% alatt van. Ez kiváló méretstabilitást biztosít nedves helyeken. Robotkarok burkolatához PC/ABS ötvözeteket is használnak. A PEEK azonban jobb stabilitással rendelkezik, mivel kevés vizet szív fel. A nejlon több vizet szív fel, és változtathatja a méretét. Így kevésbé fontos alkatrészekhez használható.
Kompozitok és hibrid választások
Szénszállal erősített alkatrészek
A szénszállal erősített műanyag (CFRP) a legnagyobb szilárdsággal rendelkezik a tömegéhez képest a robotikában használt anyagok közül. Egy hibrid CFRP/alumínium prototípus 24.32%-kal csökkentette a tömeget az alumínium kivitelhez képest. Ez megnövelte a teherbírást. A szénszállal erősített nejlon önkenő és könnyű. Ez jó választássá teszi kis terhelésű kötésekhez, különösen a J6-nál, ahol a mozgási terhelés kicsi. A CFRP alkatrészek általában speciális rétegezést és kikeményítést igényelnek, nem pedig standard CNC megmunkálást.
Amikor a kompozitok igazolják az árukat
A kompozitok eleinte többe kerülnek, mint a fémek. A szerszámozás és a munkaerő miatt az ár magasabb. Ez akkor van értelme, ha a súlycsökkentés javítja a teljesítményt. A nagy sebességű karok és az együttműködő robotok profitálnak a legtöbbet. A topológia optimalizáló szoftver olyan terveket talál, amelyek kevesebb anyagot használnak fel, de megőrzik a merevséget. A gondos csapágyválasztás is segít. A pontos terheléshez készült ferde hatásvonalú csapágyak szükségtelenné teszik a túlméretezett alkatrészeket. Csapágyülés vagy illesztési felület esetén az anyagnak és a folyamatnak együtt kell működnie. Egy megmunkált alumínium betéttel ellátott kompozit összekötőelem gyakran mindkét oldal legjobbjait nyújtja.
A kobotok kábeleinek csatlakoztatásakor elkövetett legnagyobb hiba az, hogy úgy kezeljük őket, mint egy hagyományos robotkábelköteget. A kobotok minden illesztésében erő- és nyomatékérzékelők találhatók. A túl merev, túl nehéz vagy túl szorosan elhelyezett kábel extra terhelést hoz létre, ami biztonsági megállást okoz – vagy ami még rosszabb, elrejti a valódi ütközési eseményeket. A kobot mozgásához tervezett kábelekre van szükség, nem csak az elektromos igényeihez.
Gyakorlati szempontból az anyagválasztás dönti el a folyamatot. Az alumínium és az acél CNC megmunkáláshoz alkalmas. A műanyagok jól használhatók fröccsöntéshez. A kompozitokhoz speciális módszerekre van szükség. Az anyagot az alkatrész feladatához kell illeszteni, és a többi már megoldódik.
Folyamatok és anyagok illesztése a robotkar alkatrészeihez
A megfelelő folyamat és anyagkombináció kiválasztása három dologtól függ: a térfogattól, a tűréshatártól és attól, hogy hol fog működni a kar. Ha ezeket jól csinálod, minden más a helyére kerül.
Kiválasztás térfogat és tűrés alapján
Kis volumenű, nagy pontosságú prototípusok
Egyedi gyártásokhoz vagy kis tételekhez a CNC megmunkálás a legjobb választás. Nincsenek szerszámköltségek, a teljesítési idő gyors, és a kritikus jellemzőknél szűk tűréshatárokat lehet betartani. A 6061-T6 alumíniumból megmunkált prototípus összekötő test lehetővé teszi az illeszkedés és a működés napokon belüli tesztelését. A tervmódosítások olcsók maradnak, mivel csak a programot kell szerkeszteni. Ez a megközelítés jól működik koncepcióbizonyító karok és egyedi effektorok esetében, ahol a pontosság fontosabb, mint az egységár.
Nagy volumenű, költségérzékeny gyártás
Amint a mennyiség meghaladja az évi több ezer darabot, a nyomásos öntés és a fröccsöntés veszi át az irányítást. A szerszámköltségek kezdetben magasak, de az alkatrészenkénti költség gyorsan csökken. A nyomásos öntött aktuátorház plusz-mínusz 0.1 mm-es tűréshatárokat ér el, és kevés megmunkálást igényel. A kompromisszum egyértelmű: elkötelezi magát egy terv mellett, és a változtatások költségesek lesznek. A fogyasztói robotok vagy a tömegpiaci kobotok esetében ez az út alacsonyan tartja az egységköltségeket.
Kiválasztás alkalmazási környezet szerint
Együttműködő kontra ipari robotok
A kobotok a biztonság érdekében a könnyű anyagokat és a lekerekített formákat helyezik előtérbe. A szénszálas összekötők és a műanyag burkolatok csökkentik a tehetetlenséget és korlátozzák az ütközési erőket. Az ipari karok a merevségre és a hasznos teherre összpontosítanak, így az alumínium és az acél dominál. A gyártási folyamat az anyagot követi: CNC megmunkálás a fém összekötőkhöz, fröccsöntés a kobot héjakhoz.
Tisztatéri, élelmiszeripari és zord környezeti feltételekhez
Az élelmiszer-feldolgozás speciális döntéseket igényel. A higiénikus tervezés a következőket követeli meg:
| Követelmény kategória | Leírás |
| IP-besorolás lemosható | IP69K – ellenáll a 100 bar (1,450 PSI) nyomású vízsugárnak 80°C-on (176°F) |
| Előnyben részesített anyag | 316L rozsdamentes acél (a molibdéntartalom ellenáll a klóralapú fertőtlenítőszerek okozta lyukkorróziónak; a 304-es acél használata nem javasolt) |
| Felületi érdesség | Ra ≤ 0.8 µm élelmiszerrel érintkező és fröccsenő víznek kitett felületeken |
| Formatervezési tilalmak | Nincsenek szabadon lévő menetek, nincsenek zsákfuratok, nincsenek tócsásodások, nincsenek kábelkötegelő-csapdák |
| Irányadó irányelv | EHEDG 62. irányelv |
Tej- és folyékony élelmiszer-feldolgozás esetén – ahol nagyfrekvenciás forróvizes lemosásoknak, maró hatású CIP vegyszereknek való kitettségnek és a maradványok felhalmozódására vonatkozó zéró toleranciának kell vonatkoznia – a közvetlen tejtermelési területeken használt manipulátorokra vonatkozóan az SS316 konstrukció IP65 vagy IP67 besorolású minimális specifikációként szerepel.
A KUKA HM robotok az EHEDG tervezési irányelveit követik, és lehetővé teszik az élelmiszerekkel való közvetlen érintkezést. Korrózióálló házakat, élelmiszeripari minőségű kenőanyagokat és rozsdamentes acél alkatrészeket használnak. A KR DELTA HM teljes egészében rozsdamentes acélból készült. A tisztításra érzékeny elektromos interfészek a gép alatt helyezkednek el, az érintkezési felülettől távol.
Költség, átfutási idő és minőségellenőrzés
Szerszámbefektetés és egységköltség összehasonlítása
A szerszámgyártás a mennyiségre épül. A nyomásos öntőszerszámok ára 15 000 és több mint 200 000 dollár között mozog. A fröccsöntő szerszámok ára nagyjából ugyanennyi. Évente 10 000 vagy több alkatrészre van szükség ahhoz, hogy ezt a kiadást indokolni lehessen. Ezen küszöbérték alatt a CNC megmunkálás összességében olcsóbb marad. A szállítási idő is változik: a szerszámok elkészítése hetekig tart, míg a megmunkált alkatrészek szállítása napok alatt megtörténik.
Ellenőrzési módszerek és nyomon követhetőség
A robotkar-alkatrészek gyártásának minőségellenőrzése a megfelelő szerszámokon múlik. A profilométer ellenőrzi a csapágyülések felületi minőségét. A koordináta-mérő gépek (CMM) ellenőrzik a furatok pozícióit és párhuzamosságát. Az élelmiszeripari minőségű alkatrészek esetében a dokumentációnak nyomon kell követnie az anyagtanúsítványokat és a felületi érdesség értékeit. Minden tételhez ellenőrzési nyilvántartásra van szükség, amely a nyersanyaghoz kapcsolódik. Ez a nyomonkövethetőség mind a gyártót, mind a végfelhasználót védi.
NOBLE: Partner a robotkar-alkatrészek gyártásában
A NOBLE fém- és műanyagmegmunkálásra specializálódott robotépítők számára. A cég a robotkar alkatrészeinek gyártásában segít a korai tervezéstől a végső összeszerelésig. A mérnökök olyan partnert kapnak, aki tudja, hogyan működik együtt a funkció, a folyamat és az anyag.
Fém- és műanyagmegmunkálási szakértelem
CNC megmunkálás és műanyaggyártás
A NOBLE CNC megmunkálással foglalkozik szerkezeti alkatrészekhez, például összekötő testekhez és működtető házakhoz. Az alumínium, rozsdamentes acél és titán gyakori munkák. A műanyag megmunkálás fedeleket, perselyeket és nem szerkezeti alkatrészeket foglal magában. A POM, PEEK és nejlon megmunkálása mind nagy pontossággal történik. A műhely egy helyen kezeli a fémet és a műanyagot is. Ez időt takarít meg, és a tűréshatárok változatlanok maradnak az alkatrészek között.
Prototípustól a gyártástámogatásig
Egy új kar tervezése gyakran egy vagy két egységgel kezdődik. A NOBLE gyorsan megmunkálja a prototípusokat, így tesztelheti az illeszkedést és a működést. Miután a terv véglegessé vált, a termelés műhelyváltás nélkül növekszik. A kis volumenű gyártások CNC megmunkáláson maradnak. A nagyobb volumenű gyártások öntésre vagy fröccsöntésre kerülnek, amikor az ésszerű. Zökkenőmentes utat biztosít az első cikktől a teljes gyártásig.
Tanúsítványok és minőségbiztosítási rendszerek
ISO 9001:2015 és ISO 13485:2016
A NOBLE ISO 9001:2015 és ISO 13485:2016 tanúsítvánnyal rendelkezik. A második az orvosi robotika esetében fontos. Az ISO 13485 szabvány olyan nyomonkövethetőségi szabályokat vezet be, amelyek túlmutatnak a szabványos minőségbiztosítási rendszereken. Minden tételhez egy malom hőszám tartozik. A kezelői és ellenőri azonosítókat minden lépésben rögzítik. A kockázatkezelés az ISO 14971 szabványt követi, írásos értékeléssel a megmunkálás megkezdése előtt. A kritikus méretekhez legalább 1.33-as képességi indexnek kell lennie a folyamatos gyártás során. A folyamatvalidálás olyan speciális lépéseket is magában foglal, mint a titán feszültségmentesítése. A lapkaminőség vagy a gép bármilyen módosításához mérnöki változtatási kérelem és minőségirányítási vezető jóváhagyása szükséges. Ez egy-három nappal meghosszabbítja a folyamatot, de megakadályozza a tételek közötti folyamatbeli eltolódást.
Ellenőrzés és dokumentáció
A minőségellenőrzés koordináta-mérő gépeket (CMM), profilométereket és első cikkvizsgálatot használ. Minden tételről nyilvántartás készül, amely visszavezethető a nyersanyagkészlethez. Az orvosi alkatrészek esetében az eszköztörténeti nyilvántartások az alkatrészeket egészen az egyes darabokig nyomon követik. A forgalomba hozatal utáni felügyelet és a panaszkezelés hivatalos eljárásokat követ. A betegekkel vagy steril mezőkkel érintkező alkatrészekre vonatkozóan tisztasági előírásokat írnak fel.
Teljes körű tervezéstől az összeszerelésig
Gyárthatóságot támogató tervezés
A NOBLE mérnökei a fém forgácsolása előtt áttekintik a rajzokat. Megjelölik a nehezen megmunkálható vagy ellenőrizhető részeket. Ellenőrzik a falvastagságot, a borda kialakítását és a referenciapont-stratégiát. Ez a visszajelzés költségeket takarít meg, és elkerülhető a későbbi átdolgozás.
Összeszerelés, tesztelés és teljesítés
A NOBLE többet kínál, mint pusztán gyártást. A csapat az összeszerelést, a tesztelést és a kivitelezést is végzi. Az alegységek beszerelésre készen érkeznek. A funkcionális tesztek ellenőrzik az illesztések illeszkedését és a működtető szerkezet illeszkedését. A végső csomagolás és szállítás teszi teljessé a szolgáltatást. Egyetlen partnert kap a tervezéstől a kiszállításig.
Az, hogy egy alkatrész mit csinál, meghatározza az Ön által kiválasztott folyamatot. A kiválasztott folyamat határozza meg a valóban tartható pontosságot. Ezután a precíziós igények csökkentik az anyagválasztást. Ez a lánc minden robotkar-alkatrész projekten végigfut, és egyetlen folyamat vagy anyag sem nyer minden alkalommal. A mennyiség, a tűréshatár, az alkalmazási környezet és a költségcélok döntik el a választ. Tehát vegye a kiválasztási keretrendszert, és tesztelje a saját konstrukcióján. Hol működik a karja? Milyen ismétlési pontosságra van szüksége? Hány darabot fog gyártani? Hozza el ezeket a válaszokat a NOBLE mérnöki csapatához, vagy kérjen árajánlatot. Minden alkatrész mögött tervezéstől az összeszerelésig tartó támogatást és tanúsított minőségbiztosítási rendszereket kap.
Robotkar-alkatrészek GYIK-ja
Milyen tűréshatárokat tud tartani a CNC megmunkálás a robotkar alkatrészein?
A szabványos CNC megmunkálás körülbelül ±0.125 mm-t tart. A precíziós jellemzők, mint például a csapágyülések és az illesztőcsapok, elérik a ±0.01 mm-t. A precíziós köszörülés ezt a értéket ±0.005 mm-re növeli. Ezek a szűk számok azért fontosak, mert a kis hibák felhalmozódnak a kinematikai láncban, és pozícióhibaként jelennek meg a kéznél.
Miért rontja a pontosságot a reduktorok holtjátéka?
A holtjáték a motor és az ízület közötti mozgáskiesés. A vezérlő mozgásra parancsot ad, de az ízület késik, amíg a holtjáték meg nem szűnik. Ez a késés pozicionálási hibaként jelenik meg. A harmonikus hajtások és az előfeszített sebességváltók csökkentik a holtjátékot, így a robotkar alkatrészei több millió cikluson keresztül is megismételhetők maradnak.
Mikor válasszam a présöntést a CNC megmunkálással szemben?
A présöntés nagyjából évi 10 000 alkatrész feletti gyártást produkál. A szerszámok ára 15 000 és 200 000 dollár között mozog, de alkatrészenkénti költség gyorsan csökken. A tűrések ±0.1 mm körül alakulnak, kevés megmunkálási igényrel. Ezen mennyiség alatt a CNC megmunkálás olcsóbb marad, és lehetővé teszi a terv módosítását új szerszámok nélkül.
Megéri a szénszálas robotkar-összekötő árát?
Attól függ, hogy mekkora lesz a hozam. A szénszállal erősített műanyag 3-8-szor nagyobb fajlagos szilárdságot biztosít, mint az alumínium. Egy hibrid CFRP/alumínium prototípus 24.32%-kal csökkentette a tömeget. Ez a plusz teherbírás gyakran igazolja a nagy sebességű karok és kobotok árát, ahol az alacsonyabb tehetetlenség gyorsabb és biztonságosabb mozgást jelent.
Milyen felületkezelésre van szükség a csapágyülésekhez?
A csapágyülések Ra értéke 0.4 és 0.8 mikrométer között kell legyen. Az érdesebb felületek növelik a súrlódást és lerövidítik a csapágy élettartamát. A tömítőfelületek ugyanilyen gondosságot igényelnek. A profilométer a gyártás során ellenőrzi ezeket az értékeket, így minden tétel megfelel a rajzon szereplő előírásoknak.
Melyik eloxálási típus működik a legjobban a csatlakozási felületekhez?
A III. típusú keménybevonatú eloxálás biztosítja a legjobb kopásállóságot a csapágyülések és a csatlakozási felületek számára. 25-150 mikronos rétegvastagsággal 60-70 HRC egyenértékű keménységet ér el. A II. típusú kénsavas eloxálás általános alumínium alkatrészekhez alkalmas. A végleges méretek a bevonás után érvényesek, ezért előre tervezze meg a ráhagyást.
Hogyan válasszak anyagokat egy élelmiszeripari minőségű robotkarhoz?
Válasszon 316L rozsdamentes acélt és IP69K védettséget. Az élelmiszerrel érintkező zónákban a felületek Ra ≤ 0.8 µm értéknek kell maradnia. Kerülje a szabadon lévő meneteket, a zsákfuratokat és a tócsásodást okozó szegélyeket. Az EHEDG 62. irányelv tartalmazza a tervezési szabályokat, és a KUKA HM termékcsaládja követi ezeket a közvetlen élelmiszerrel való érintkezés esetén.
Milyen tanúsítványokkal kell rendelkeznie egy robotkar-alkatrész-beszállítónak?
Az ISO 9001:2015 szabványt érdemes kiindulási alapként tekinteni. Az orvosi robotikához ISO 13485:2016 szabvány szükséges, amely a kritikus méretek esetében legalább 1.33-as hőszámig és képességi indexig visszamenőlegesen biztosítja a tételek nyomon követhetőségét. Mielőtt elkötelezné magát a gyártás mellett, kérjen első cikk ellenőrzési jegyzőkönyveket és koordináta-mérőgép-jelentéseket.
