A robotkar CNC megmunkálása nyers alumíniumot, acélt és műszaki műanyagokat alakít át fogaskerekekké, illesztésekké, tartókká és házakká. Ezek az alkatrészek gyakran ±0.001 és ±0.005 hüvelyk közötti tűréssel rendelkeznek. Ez a tartomány nem találgatáson alapul. A közzétett robotikai referenciaértékek ±0.005 hüvelyk tűrést írnak elő a legfeljebb 100 mm-es karkapcsolatok esetében, ±0.002 hüvelyket a csapágyfuratok és a fogaskerék-illesztések esetében, valamint ±0.002 hüvelyket a szervomotorok rögzítési síkjainál.
Az általános CNC megmunkálási útmutató ±0.005 hüvelyket ad meg kétoldali tűréshatárként. A precíziós házmegmunkálás szigorúbb: a tengelyfuratok ±0.001 hüvelyken belül maradnak, a koncentrikusság pedig 0.002 hüvelyk. Az anyagok, a tűrések, a pontossági követelmények és a gyártási kihívások mind befolyásolják a végső alkatrészt.
Robotkar CNC megmunkálás és közös alkatrészek
A robotkar CNC megmunkálásának meghatározása
Szubtraktív gyártás robotikai alkatrészekhez
A robotkar CNC megmunkálása egy kivonó eljárás. Az anyagot egy tömör blokkból vágják le, amíg meg nem jelenik a kívánt forma. Az alakzatot öntik és kovácsolják öntőformával vagy matricával, így ez a módszer más. A 3D nyomtatás rétegről rétegre építi fel az alkatrészeket, így ez a módszer is más. A kivonó módszerek a CNC-vel megmunkált robotalkatrészeknél a leghatékonyabbak, ha a tűrések kisebbek, mint ±0.01 mm. Az összetett formák és a 10-5,000 darabos gyártási sorozatok szintén ezt a megközelítést részesítik előnyben.
Prototípus és gyártási szerepkörök
A CNC megmunkálás lefedi mind a prototípusgyártást, mind a gyártást. A műhelyek 3+2 tengelyes és egyidejű 5 tengelyes megmunkálást használnak megbízható hidat képezve a kettő között. A 3D nyomtatás kiválóan alkalmas prototípusok és rácsos szerkezetek gyártására. De a CNC-vel megmunkált robotikai alkatrészek továbbra is az elsődleges választásnak számítanak, ha a szilárdság-tömeg arány, a felületkezelés és a fém kifáradási élettartama számít. A csuklós csatlakozások, az effektorok, a sebességváltók és az érzékelőházak mind ettől a megbízhatóságtól függenek.
Alapvető mechanikai alkatrészek
Alap és szerelőlapok
Az alapot az alapok és a szerelőlapok alkotják. Ezeknek az alkatrészeknek síknak és stabilnak kell lenniük. A MIC-6 öntött alumíniumlemez és a Durabar a nagy síklemezek gyakori választási lehetőségei. Ezek a megmunkálás után is megtartják sík felületüket az alacsony belső feszültségnek köszönhetően.
Karszegmensek és kapcsolatok
A karszegmensek a terheket hordozzák, és meghatározzák, hogy a robot milyen messzire nyúlhat. Az alumínium 7075-T6 és a 6061-T6 a szokásos anyagok. Mindkettő könnyű, erős és könnyen megmunkálható. Az eloxálás jobban ellenállóvá teszi ezeket a felületeket a kopással.
Csukló- és End Effektor interfészek
A csuklóillesztők kötik össze a kart a szerszámmal. Ezek a CNC-megmunkált robotalkatrészek szoros illeszkedést igényelnek. A szervomotoros rögzítés általában ±0.02 mm-es pontosságot tart. Az érzékelő rögzítései ±0.05 mm-en belül maradnak. Bármilyen lazaság itt pozicionálási hibaként jelentkezik a szerszámcsúcson.
Csuklós és hajtás alkatrészek
Harmonikus meghajtóházak
A harmonikus hajtású házak rendkívüli precizitást igényelnek. A felületi tűrése ±0.01 mm. A felületi érdesség Ra 0.8 és 1.6 μm között van. Ezek a CNC-vel megmunkált robotalkatrészek közvetlenül befolyásolják a holtjátékot és az ismétlési pontosságot.
Csapágyfedelek és rögzítőelemek
A csapágyfedelek egy vonalban tartják a tengelyeket. A csapágyfuratok ±0.01 mm-es rögzítési időt biztosítanak. A csapágyülések felületi minősége Ra 0.4–0.8 μm. A H7 tűréshatár lehetővé teszi, hogy a csapágy szilárdan üljön a futógyűrű zörgése vagy vetemedése nélkül.
Motortartók és tengelykapcsolók
A motortartók és tengelykapcsolók viszik át a nyomatékot. A vázösszekötők és a motortartók esetében a CNC szabványos ±0.10 mm-es tűréshatár érvényes. Ez a szint a robotalkatrészek körülbelül 80%-át lefedi. A nagy terhelést hordozó robotkar CNC megmunkálásához a 17-4PH rozsdamentes acél vagy a 4140 ötvözött acél kezeli a terhelést.
Gyakorlati szempontból a robotkar CNC megmunkálása közvetlenül összefügg a mozgásminőséggel. A fogaskerekeket, illesztéseket, tartókat és házakat nagy pontossággal kell gyártani, hogy a robot simán mozoghasson és pontosan pozicionálhasson. A precíziós CNC megmunkálás elengedhetetlen a milliméter töredékéig terjedő pontos méretekhez. Így a CNC megmunkáláshoz legalkalmasabb robotalkatrészek közé tartoznak az illesztési házak, csapágyblokkok, robotalapok, karok, szerelőlapok, konzolok és egyéb CNC-vel megmunkált robotalkatrészek, ahol a csapágyillesztések és a csapágyfészkek határozzák meg a valós teljesítményt.
Robotkar CNC megmunkálás: Kulcsfontosságú folyamatok
A robotkaros CNC megmunkálás fő módszerei a marás, esztergálás, fúrás és menetfúrás. A mai műhelyek 3, 4 és 5 tengelyes gépeket használnak. Minden gép eltérő mértékű formabonyolultságot képes kezelni. Az egyes jellemzőkhöz megfelelő módszer kiválasztása segít alacsonyan tartani a költségeket és magas pontosságot.
5 tengelyes CNC marás
Komplex geometriák és alámetszések
Az 5 tengelyes megmunkálás során a szerszám az X, Y és Z egyenes tengelyek mentén mozog, miközben a munkadarab két forgó tengely körül dől vagy forog. Ez az egyidejű mozgás lehetővé teszi, hogy a maró olyan szögeket érjen el, amelyeket egy egyenes orsó soha nem érne el. A szerszám szöge folyamatosan változik a legjobb vágási pozíció megtartása érdekében. Az alakos felületek simábbak lesznek, kevesebb remegéssel és szerszámhajlással. Az alámetszések és a mélyen ferde felületek megmunkálása normális munkává válik a lehetetlen helyett.
Óriási a különbség e és a 3 tengelyes munka között. Egy 3 tengelyes gép összetett alakzatokat másol sok apró, egyenes vágással, ami nyomokat hagy maga után. Az alámetszések speciális szerszámokat vagy az alkatrész extra esztergálási idejét igénylik. A ferde furatokhoz minden szöghez egyedi tartókra van szükség. Egy 5 tengelyes gép mindezt egyetlen egyenletes menetben elvégzi.
| Jellemző / Folyamatlépés | 3-tengelyes megmunkálás | 5 tengelyes (többtengelyes) megmunkálás |
| Komplex kontúrok | Sok apró, egyenes vágással másolva, nyomokat hagyva | A szerszám egyenletes mozgása sima, pontos felületet eredményez egyetlen menetben |
| alámetszésekben | Speciális szerszámok, számos beállítás és az alkatrész esztergálása nélkül nem lehetséges | A szerszám dönthető, hogy a részletek alá lehessen férni az alkatrész mozgatása nélkül |
| Szögletes lyukak | Egyedi tartókra vagy az alkatrész elforgatására van szükség minden szöghez | A munkadarab vagy a szerszámfej a fúráshoz szükséges pontos méretre van döntve |
| Beállítások száma | 3–6+ darabonként | 1–2 darab darabonként |
| Programozási idő | Magasabb (sok program) | Alsó (egy összetett program) |
| Megmunkálási idő | Magasabb a beállítási változtatások miatt | Sokkal alacsonyabb |
| Hiba kockázata | Magas (emberi hiba a beállításokban) | Nagyon alacsony (géppel vezérelt) |
Beállítási szám csökkentése
A beállítási szám mind a költségeket, mind a hibákat befolyásolja. Egy 3 tengelyes feladathoz alkatrészenként három-hat beállításra lehet szükség. Egy 5 tengelyes feladathoz általában egyre vagy kettőre van szükség. Minden átfordítás és újrabefogás halmozott hibát okoz. Az egyetlen tartási pozícióból történő megmunkálás minden alaksajátosságot ugyanazon koordináta-referencia alapján vág el. Ez fontos a szemközti felületeken lévő alaksajátosságok közötti szoros geometriai tűréshatárok miatt.
A rövidebb, merevebb szerszámozás további előny. Az orsó vagy az asztal döntése jobb szögben mutatja a felületet, így a szerszámok rövidebb ideig futhatnak, kevesebb kiálló szerszámmal. A kevesebb kiálló szerszám kevesebb hajlást, jobb felületi minőséget és kevesebb rezgést jelent a vékony falú alumínium profilokon. A forgácseltávolítás is javul, mivel a legjobb vágási szög segít eltávolítani a forgácsokat a forgácsolási zónából. Ez valódi előny az alumínium hő- és élrátétképződésének szabályozása szempontjából.
CNC esztergálás és marógépek
Hengeres illesztések és tengelyek
Az esztergálás kiválóan alkalmas kerek alkatrészek megmunkálására. A kerek robotkar illesztések, tengelyek és csapágyfészkek mind ebbe a csoportba tartoznak. Az állandó forgácsolás nagy anyagleválasztási sebességet és szűk kerek tűréshatárokat biztosít. Egy lépcsős 12 hüvelykes tengely körülbelül 3-8 perc alatt leválasztható a gépről. Az átmérőtűrések gyakran elérik a ±0.0002 és ±0.001 hüvelyk közötti értéket. A precíziós kiesztergálás finomhangolja a csapágyfészek belső átmérőit a sajtolási illeszkedés minőségére. A csapágyházaknak gyakran ±0.0005 hüvelykre van szükségük, a rezgéscsillapító rudak pedig egyenesen tartják a mély furatokat.
Élő szerszámozás kereszt-sajátosságokhoz
Az esztergáló-maró központok tovább viszik a folyamatot. Egy 4 tengelyes forgó A vagy B tengely indexeli vagy egyenletesen forgatja a munkadarabot. A keresztfuratokkal ellátott tengelyek és a robotkar illesztései több felületen is megmunkálhatók az alkatrész mozgatása nélkül. A hajtott szerszámok és a C-tengely lehetővé teszik a motoros szerszámok általi marást, fúrást és menetfúrást beállított szögekben. Egy Y-tengely hozzáadásával lehetővé válnak a középponton kívüli jellemzők és a keresztfuratok. Egy segédorsó egyetlen ciklusban leválasztja a hátoldalt és befejezi az alkatrészt. Kevesebb beállítás, rövidebb átfutási idő és jobb pontosság következik.
Fúrás, menetfúrás és másodlagos műveletek
Eloxálás és passziválás
A felületkezelés megvédi az alkatrészt a vágás után. Az eloxálás kopásálló oxidréteget képez az alumínium robotkar alkatrészeken, amelyet a megmunkálási projektek gyakran megkövetelnek. A passziválás eltávolítja a szabad vasat a rozsdamentes acél felületekről, és visszaállítja a korrózióállóságot. Mindkét lépés fontos a CNC-vel megmunkált robotikai alkatrészek esetében, amelyek ismétlődő mozgásnak és zord környezetnek vannak kitéve.
Precíziós köszörülés és hónolás
A köszörülés és a honolás meghúzza azt, amit a marás és az esztergálás nem tud. A köszörülés megtartja a kritikus átmérőket és síkfelületet az edzett vagy hőkezelt alkatrészeken. A honolás finomhangolja a furat alakját és a felületi minőséget a hidraulikus és csapágyfuratokban. Ezek a másodlagos műveletek költségeket okoznak, ezért a mérnökök olyan munkafelületekre tartogatják őket, ahol az illeszkedés és a kopásállóság határozza meg a teljesítményt. Valójában a robotkaros CNC megmunkálás akkor működik a legjobban, ha minden egyes alkatrész a legolcsóbb eljárással készül, amely még megfelel a tűréshatároknak.
Miért fontos a precizitás a robotkaros CNC megmunkálásban?
A tűrés hatása a kinematikai pontosságra
Pozícionálás megismételhetősége
A kis hibák gyorsan összeadódnak, ezért a harmonikus hajtású házaknak ±0.01 mm-t kell tartaniuk. Ha a csapágyülés mindössze 0.01 mm-rel eltér, az rezgést és súrlódást okoz. Szorozd meg ezt hat illesztéssel, és a végrehajtó egység minden ciklusban rossz helyre fog landolni.
„Egy robot csak annyira lehet ismételhető, mint amennyire nagy a tűréshatár az illesztéseiben és a hajtásláncában. A csapágyfurat koncentrikussága, a fogaskerék fogainak pontossága és a rögzítőelemek valódi helyzete mind meghatározza, hogy a végrehajtó egység milyen pontosan landol.”
Ez az idézet tökéletesen megragadja a problémát: a harmonikus hajtóművek házai csapágyülések, bordás illesztések és jeladó-rögzítések rögzítési pontjai. Amikor ezek a jellemzők eltolódnak, megnő a holtjáték, és csökken a pozicionálási pontosság.
Holtjáték és rezgéscsillapítás
Ha a csapágyfuratok furatméretei néhány mikronon belül vannak, a rezgés alacsony marad, és a csapágyak élettartama hosszabb. A laza csapágyillesztések az ellenkezőjét teszik: növelik az üzemi hőmérsékletet, egyenetlenül osztják el a terhelést, és lerövidítik az élettartamot. A nagy pontosságú robotkar-alkatrészek megmunkálása elsősorban ezekre a kritikus felületekre összpontosít. A szokásos meghibásodási módok a kifáradás, a kopás és a korrózió, és a megfelelő anyagválasztás, valamint a felületkezelések ezeket kordában tartják.
Előnyök más módszerekkel szemben
Összehasonlítva az öntéssel és kovácsolással
Az öntéshez és kovácsoláshoz öntőformákra vagy matricákra van szükség, és ezeknek a szerszámoknak az elkészítése pénzbe és időbe kerül. A CNC megmunkálás ezt a lépést teljesen kihagyja, és olyan szűk tűréshatárokat tart be, amelyeket az öntött alkatrészek nem tudnak elérni extra munka nélkül.
A 3D nyomtatáshoz képest
A 3D nyomtatás jobb rácsos szerkezetekhez és gyors koncepciómodellekhez, míg a CNC-vel megmunkált robotikai alkatrészek jobbak a kifáradási élettartam, a felületkezelés és a szilárdság-tömeg arány szempontjából. Ezért a működő prototípusok és a végfelhasználási alkatrészek általában CNC-t használnak.
Költség- és átfutási idő tényezők
Amikor a precíziós CNC indokolt
A teljes projektköltség az anyagköltségből, a megmunkálási időből, az előkészítésből és a szerszámozásból, valamint az utófeldolgozásból és az ellenőrzésből áll. Az anyagminőség határozza meg az árat: a 6061-es alumínium sokkal olcsóbb, mint a titán vagy a PEEK. Az öttengelyes és esztergáló marógépek óránként többe kerülnek, mint a háromtengelyes marógépek. Az egy-öt alkatrészből álló kis tételek esetében a beállítási rezsiköltség jelenti a legnagyobb költséget.
Kiegyensúlyozó sebesség és pontosság
A DFM-módosítások 10-30%-kal csökkenthetik a költségeket. A szabványos csúcsrádiuszok, a mély, keskeny zsebek hiánya és a kevesebb szűk tűrés mind segít. Az ellenőrzésnek a kritikus méretekre kell összpontosítania, nem minden jellemzőre. Egy olyan partner, mint a NOBLE, Kína vezető gyártóvállalata, segít az ügyfeleknek a prototípustól a tömeggyártásig eljutni anélkül, hogy túl sokat kellene fizetniük sem a sebességért, sem a pontosságért.
Anyagok robotkar CNC megmunkáláshoz
Alumínium ötvözetek
6061-T6 szerkezeti alkatrészekhez
A 6061-T6 a legtöbb szerkezeti alkatrész megmunkálásához a legjobb választás. Könnyen megmunkálható, jól hegeszthető, és jól reagál az eloxálásra. Szakítószilárdsága eléri a 310 MPa-t, a folyáshatára pedig a 276 MPa-t. A jó tulajdonságok és az alacsony költség kombinációja tartja a robotkar alkatrészek megmunkálásának élvonalában.
7075-T6 nagy szilárdságú
A 7075-T6 komoly szilárdságot biztosít. A szakítószilárdság 572 MPa, a folyáshatár pedig 503 MPa. Ez körülbelül 3.5-szer nagyobb szakítószilárdságot jelent, mint a MIC-6 öntött lemez. Jól megmunkálható, de a szerszámokat gyorsabban koptatja, mint a 6xxx ötvözetek. A nagy terhelésű szerkezeti alkatrészek profitálnak ebből a minőségből a legtöbbet.
MIC-6 öntött lemez a síkfelület biztosításához
A MIC-6 egy öntött szerszámlemez, amelyet síklapúság és méretstabilitás céljából terveztek. Síklapúsági tűrése vastag lemezen ±0.005 hüvelyk, szemben a standard 7075-T6 ±0.030 hüvelykes értékével. Egy 50 ciklusos hőciklus-tesztben (68°C–200°C, 12 cm × 12 cm × 0.5 hüvelykes minták) a MIC-6 mérete mindössze 0.0008 hüvelykkel változott, míg a 6061-T6 hengerelt lemezé 0.0035 hüvelykkel. Ez 77%-os stabilitásjavulás. A MIC-6 alacsonyabb mechanikai szilárdsággal rendelkezik, így a készülékekhez, alapokhoz és precíziós lemezekhez a legmegfelelőbb.
A maradékfeszültség-torzulás – amelyet általában „burgonyafelverődésnek” neveznek – akkor következik be, amikor a feszített tuskó egyik oldalát munkálják meg először, feloldva a beragadt nyomóerőket, és az alkatrészt kiszámíthatatlan módon vetemítve. Vékony falú alkatrészek vagy síkfelület-kritikus szerelvények esetén feszültségmentesített anyagot kell meghatározni (T651 edzés 6061-hez), vagy szimmetrikus anyageltávolítási sorrendet kell alkalmazni, amely kiegyenlíti az erőket mindkét oldalon a simító fogások megkezdése előtt.
Rozsdamentes acél és Durabar
304 és 316L minőségek
A 304 és 316L rozsdamentes acélok korrózióállóságot és tartósságot biztosítanak. Ezek a minőségek orvosi műszerekben, élelmiszer-feldolgozó berendezésekben és hajóalkatrészekben találhatók. A 316L molibdént ad a kloridokkal és a durva vegyszerekkel szembeni jobb ellenállás érdekében.
17-4 PH nagy szilárdságú
A 17-4 PH nagy szilárdságú acél olyan robotikai alkatrészekhez, amelyeknél korrózióállóság és kifáradási teljesítmény szükséges. H900 állapotban a folyáshatára meghaladja az 1170 MPa-t. Kimenő tengelyek, nagy terhelésű csapok és csuklós kengyelek élelmiszer-feldolgozó vagy orvosi sterilizáló robotokhoz mind ezt a minőséget használják.
Durabar nagyméretű lapos lemezekhez
A Durabar-t gyakran nagyméretű, sík szerkezeti lemezekhez használják. Garantáltan síkfelületet és alacsony belső feszültséget biztosít a megmunkálás után. Ezáltal biztos választásnak bizonyul robotalapokhoz és szerelőlapokhoz, ahol a stabilitás számít.
Titán és műszaki műanyagok
Ti-6Al-4V súlykritikus kötésekhez
A Ti-6Al-4V (5-ös osztályú titán) a fémes elemek közül a legmagasabb szilárdság-tömeg arányt kínálja. Kivételesen jól ellenáll a korróziónak és biokompatibilis. Nagy igénybevételű robotkar-illesztések, repülőgépipari konzolok és félvezető effektorok támaszkodnak rá ott, ahol a súlycsökkentés kritikus fontosságú.
PEEK és Delrin szigetelés- és kopásvizsgálathoz
A PEEK vegyi ellenállással, magas hőmérsékleti teljesítménnyel és elektromos szigeteléssel rendelkezik. Félvezető és repülőgépipari robotok használják, ahol minimalizálni kell a gázkibocsátást. A Delrin (POM) alacsony súrlódást, kopásállóságot és nagy merevséget biztosít. Az egyedi fogaskerekek, perselyek és csúszó mechanizmusok a robotikus illesztésekben profitálnak a méretstabilitásából. Ezek a CNC-vel megmunkált robotikai alkatrészek csökkentik a kopást a mozgó illesztésekben. Gyakorlati szempontból a robotkar CNC megmunkálása gyakran párosítja a fémeket ezekkel a műanyagokkal, hogy egyszerre oldja meg a szigetelési és kopási problémákat.
Tűrések és precíziós követelmények robotkaros CNC megmunkálásban
Tipikus tűréshatárok
Általános megmunkálási tűrések
A robotkar CNC megmunkálása általában ±0.001 és ±0.005 hüvelyk közötti méreteket tart. Az ISO 2768-m szabvány a legtöbb nem kritikus jellemzőt lefedi. A 30 mm-nél kisebb alkatrészek esetében körülbelül ±0.1 mm-t engedélyez. Ez olyan szerkezeti robotkar alkatrészeknél működik, ahol nincs szükség pontos illeszkedésre.
A szűk tűrésű CNC megmunkálás a munkafelületeken történik. A kozmetikai héjak és bordák lazább osztályokat használhatnak. Ezeket a területeket időben rendezzük el a költségek alacsonyan tartása érdekében. Az ISO 2768 osztályok f-től (legszűkebb) v-ig (nagyon durva) terjednek. Az m osztály a CNC megmunkálás szokásos mércéje.
Kritikus illeszkedési tűrések
A kritikus jellemzők szigorú tűréshatárokat igényelnek. A csapágyfuratok és a sebességváltó házak ±0.01 mm-en belül maradnak. A harmonikus hajtásinterfészek is megfelelnek ennek, Ra 0.8–1.6 μm értékkel. A szervomotorok rögzítőfelületei ±0.02 mm-t tartanak. Az érzékelőrögzítések ±0.05 mm-t tartanak. Ezek a robotikai alkatrészek CNC-tűrései.
A csapágyillesztések szabályozzák a tengely beállítását. A standard csapágyillesztések H7/p6 sajtolóillesztéseket használnak fix gyűrűkhöz. H7/g6 hézagú illesztéseket használnak forgó csatlakozásokhoz. Ezek a csapágyillesztések megakadályozzák a gyűrűk elfordulását. A szigorú tűrésszabályozás megakadályozza a rezgést és a kopást.
Egy illesztésen keresztül alkatrészenként ±0.05 mm tűréshatár keletkezik. Három alkatrész összesen ±0.15 mm-t tesz ki. A csapágyüléseket egyetlen egységként, ne különálló alkatrészekként ellenőrizze.
Felületkezelési specifikációk
Csapágyülések Ra értékei
A felületi érdesség szabályozza a súrlódást és a kopást. A megmunkált házak csapágyfészkeinek Ra értéke általában 0.4–0.8 μm. A szuperfinomított csapágyacél eléri a 0.05–0.1 μm-es Ra értéket, de a házaknak szinte soha nincs erre szükségük. CNC-vel megmunkált robotikai alkatrészek esetében a csapágyfuratokhoz 0.8 μm-es Ra érték megfelelő.
A munkafelületek, mint például a polírozott PEEK feszítőkábel-vezetők, elérik az Ra 0.2 μm értéket. A csapágyülések, a tömítések és a precíziós csúszóvezetékek mind profitálnak a szabályozott érdességből. Ezt tüntesse fel a rajzon.
Esztétikai vs. funkcionális felületek
A kozmetikai felületek a mikroszemcsés tisztítás és a II. típusú eloxálás után is 0.8–1.2 μm Ra értéken maradhatnak. A semmihez sem érő felületek Ra értéke 3.2 μm. Egyetlen ház tartalmazhat sima munkazónákat és érdes kozmetikai zónákat is.
A tükörfényes felületek a feszültségfelhalmozódási pontok eltávolításával növelik a kifáradási szilárdságot. A sima felületek a csapágyakkal érintkező felületeken a súrlódást is csökkentik. Így a felületkezelési döntések összhangban vannak a pontossági követelményekkel és a tűréshatárokkal az egész alkatrészen.
Ellenőrzés és minőségellenőrzés
Koordináta mérőgép és optikai vizsgálat
A koordináta mérőgépek (CMM-ek) összetett 3D-s alakzatokat és CTQ-méreteket ellenőrzik. A magasságmérők és mikrométerek egyenes méreteket kezelnek. A képfeldolgozó rendszerek kis 2D-s jellemzőket mérnek. A lézerszkennerek kényes felületeket rögzítenek érintés nélkül.
A geometriai méretezés és tűréshatárok (GD&T) határozzák meg ezeket az ellenőrzéseket. Amikor egy rajz valós pozíciót használ, a koordináta-mérő gép (CMM) elengedhetetlenné válik. Robotkaros CNC megmunkálás esetén az ellenőrzés a tervezési szándékot a valós alkatrészhez köti.
Első cikk és folyamat közbeni ellenőrzések
Az első alkatrész-ellenőrzés (FAI) a sorozatgyártás előtt ellenőrzi az első alkatrészt a CAD modell alapján. A repülőgépipari beszállítók ezt az AS9102 szabvány szerint formalizálják. A folyamatközi ellenőrzés SPC-t használ a szerszámkopás eltolódásának észlelésére. A nagy pontosságú sorozatgyártás célja a Cpk ≥ 1.67.
A végső ellenőrzés kiválaszt egy tervet: 100%-os mérés, véletlenszerű mintavétel, funkcionális tesztelés vagy vizuális ellenőrzés. A Sharp gyártók ezeket a lépéseket használják annak bizonyítására, hogy a CNC-vel megmunkált robotikai alkatrészek megfelelnek a tűréshatárokra, a dd&st-re, valamint a felületkezelési követelményeknek.
Tervezési és gyártási kihívások a robotkaros CNC megmunkáláshoz
Tervezés a gyárthatóság érdekében
Éles kanyarok elkerülése
Az éles belső sarkok gyakori problémát jelentenek a robotkaros CNC megmunkálásnál. A standard marók kerekek, így mindig görbét hagynak maguk után. Ha tökéletesen éles 90 fokos sarkot szeretne, akkor szikraforgácsolásra vagy egy másik lassú, költséges lépésre van szüksége. A robotkaros CNC megmunkálás tervezésének jobb módja, ha minden belső sarokban egy kis lekerekített élt adnak hozzá. A legtöbb anyagnál a 0.2 mm és 0.5 mm közötti minimális függőleges sarokrádiusz megfelelő. Ez lehetővé teszi a maró simán vágását és csökkenti a feszültségképződést.
Mély zsebek minimalizálása
A mély, keskeny zsebek lelassítják az orsót és gyorsan elkoptatják a szerszámokat. Az ajánlott üregmélység nem haladhatja meg az üreg szélességének négyszeresét. Ha egy zseb széles, akkor a mélységének 40 mm alatt kell maradnia. Ez az arány segíti a forgácsok kiáramlását, csökkenti a szerszám görbülését és stabil felületi minőséget biztosít. A robotkaros CNC megmunkálás tervezésének jó szabálya, hogy a sarokrádiusz legalább az üregmélység egynyolcada legyen. Ez lehetővé teszi, hogy egy rövidebb, merevebb szerszám nagyobb előtolási sebességgel fusson.
Standard szerszámméretek használata
A nem szabványos furatok és menetméretek növelik a költségeket anélkül, hogy hozzáadott értéket teremtenének. Szabványosítsa a furatátmérőket és a menetemelkedéseket, amikor csak lehetséges. Ezenkívül tartsa a falvastagságot 0.8 mm felett fémeknél és 1.5 mm felett műanyagoknál. Kerülje a 2 mm-nél kisebb részeket, kivéve, ha feltétlenül szüksége van rájuk. Ezek a robotkaros CNC megmunkálási szokásokhoz való tervezési szokások csökkentik a szerszámcseréket, lerövidítik a ciklusidőket és csökkentik a szerszámtörés kockázatát.
Laposság és maradékfeszültség
Nagy alkatrészek síkfelületének megőrzése
A nagyméretű lemezeket és alapokat nehéz síkban tartani. A maradékfeszültség egy belső feszültség, amely eltolódik, ha az anyagot eltávolítják vagy a szorítókat kioldják. A befogás közben laposnak tűnő felület a befogás kioldása után elernyedhet. Egy nagyméretű gépalap esetében az egyik műhely 2000 mm-en 7 µm síklapúságot ért el, túlszárnyalva a 10 µm alatti célt. Kiegyensúlyozott nagyolást, közbenső feszültségmentesítést és szabályozott simító meneteket alkalmaztak.
A torzítás minimalizálása
Az egyenetlen anyagleválasztás a lemezeket és a vékony falú alkatrészeket meghajlássá vagy csavarodássá teszi. A szimmetrikus megmunkálás és a szakaszos forgácsolás csökkenti a feszültségkiegyensúlyozatlanságot. A forgácsolási hő átmeneti hőtágulást és utóhűtési zsugorodást is okoz. Az éles szerszámok, a stabil hűtőfolyadék és a szabályozott simító menetek segítenek. A feszültségérzékeny ötvözetek esetében a nagyolás és a simítás közötti közbenső hőrelaxáció +/-0.005 mm-en belül tarthatja a tűréshatárokat. A nagyolás-pihentetés-simítás sorozat lehetővé teszi az alkatrész feszültségmentesítését a végső menetek előtt.
Tolerancia és költségegyensúly
Szigorú tűréshatárok elérése
A szűk tűrések csak a kritikus csatlakozási pontokra vonatkoznak. A csapágyfuratok, a motorvezérlő átmérői és a fogaskerék-csatlakozások viselik a legnagyobb felelősséget a beállítás terén. Ezeknél a jellemzőknél előfordulhat, hogy ±0.005 mm körüli határértékekre van szükség. De ennek a szintnek a mindenhol való használata növeli a megmunkálási időt, a szerszámkopást és az ellenőrzési terhelést. A tűrések halmozódása is számít. A CNC-megmunkált robotikai alkatrészek láncolatában előforduló kombinált hibák beállítási hibát okozhatnak, még akkor is, ha minden alkatrész átmegy az ellenőrzésen.
Megmunkálási költségek csökkentése
A funkcióvezérelt tűréshatár-elosztás alacsonyan tartja a költségeket. A súlycsökkentő zsebek, fedelek és hézagfuratok körülbelül ±0.05 mm-es kereskedelmi forgalomban kapható tűréshatárokat használhatnak. A korai DFM-felülvizsgálatok feltárják a mély zsebek problémáit, és enyhítik a nem kritikus tűréshatárokat. Egy becslés szerint az orsó futásidejének megtakarítása akár 40%-os is lehet ezeknek a változtatásoknak köszönhetően. Gyakorlati szempontból a robotkaros CNC-megmunkálás akkor működik a legjobban, ha a pontosság a funkciót követi, nem pedig a konvenciót. Ez az egyensúly reális szinten tartja a tűréshatárokat, a meredekségeket és a vastagságokat, valamint a felületi minőségre vonatkozó követelményeket mind a prototípusok, mind a gyártási sorozatok esetében.
Robotkar CNC megmunkáló alkalmazások az iparágakban
ipari automatizálás
Felszedő és elhelyező, valamint hegesztőkarok
A pick-and-place karokat sebességre tervezték. Óránként több ezer cikluson mennek keresztül, így minden mozgó súly számít. Könnyű alumínium robotalkatrészek segítenek alacsonyan tartani ezt a súlyt. A gyakori alkatrészek közé tartoznak a robotkar házak, az ízületek, a szervomotorok rögzítőkonzoljai, a forgótengelyek és az effektor csatlakozók. Az alumínium 6061, 7075 és 6082 a szokásos választás.
A hegesztőkarok sokkal zordabb élettartammal rendelkeznek. A fröccsenés, a hő és a folyamatos mozgás minden illesztést elhasznál. A sebességváltó házaknak és a precíziós csapágyüléseknek végig illeszkedniük kell. A legtöbb robotkar alkatrészének ±0.01 mm és ±0.02 mm közötti tűréshatárokra van szüksége, a feladattól függően. Ez a tartomány biztosítja a pisztoly útjának állandó eltolódását eltolódásról eltolódásra.
Együttműködő robot illesztések
A kobotok az emberek mellett dolgoznak. A biztonság a sima, kiszámítható mozgástól függ. A beragadó vagy remegő illesztés veszélyt jelent, nem csak minőségi problémát. Itt bizonyítja a robotkar alkatrészeinek megmunkálása az értékét. Az illesztési házaknak a csapágyakat, az érzékelőket és a kábelvezetést kis helyre kell illeszteniük, miközben merevek maradnak.
A többtengelyes CNC marás egyetlen beállítással kezeli ezt a feladatot. A könnyítő zsebek, a belső átjárók és az alakos illesztési házak mind egyetlen gépről készülnek. Az alkatrész ritkább áthelyezése kevesebb hibát jelent a halmozás során. A kopás- és korrózióállóság érdekében gyakran rozsdamentes acélt használnak a illesztési reduktor házában. A PEEK perselyek az elektromos szigetelést ugyanazon az összeállításon belül kezelik.
Orvosi és sebészeti robotika
Steril-kompatibilis alkatrészek
A sebészeti robotoknak egyenlő mértékben kell tisztaságra és ismételhetőségre törekedniük. Az alkatrészeknek ki kell bírniuk az ismételt sterilizálást korrózió vagy vetemedés nélkül. Gyakori választás a 316L rozsdamentes acél és a Ti-6Al-4V titán. Mindkettő ellenáll a korróziónak és a durva tisztítási ciklusokat is elviseli. A titán biokompatibilitást biztosít, ami fontos a beteg közelében lévő dolgok számára.
Az orvostechnikai eszközök gyártása gyakran ±0.0002 hüvelykes tűréshatárokat alkalmaz. Ez sokkal szigorúbb, mint az általános megmunkálási munkák. Az érzékelőházak, a motortartók és a hajtáslánc alkatrészei mind ebbe az ernyőbe tartoznak. A felületkezelés is fontos. A sima csapágyülések csökkentik a súrlódást és eltávolítják a szennyeződéseket ahelyett, hogy magukba zárnák azokat.
Nagy pontosságú sebészeti láncszemek
A sebészeti összekötők a motor bemenetét milliméteres méretű szerszámmozgássá alakítják. Bármilyen holtjáték remegésként jelenik meg a hegynél. A precíz működéshez szükséges csuklós mechanizmusokat pontosan ezért ±0.0002 hüvelykes tűréshatárokkal megmunkálják. A forgótengelyek és a csapágyülések viselik ennek a terhelésnek a nagy részét.
Egy gyakorlati megjegyzés: ezeknél a láncszemeknél a robotkaros CNC megmunkálás gyakran párosul az esztergálással és a marással. A tengelyek lejönnek az esztergáról, majd a keresztmetszeteket egy esztergáló-maró központon megmunkálják. A két művelet egy családban tartása csökkenti a kezelést és megvédi a szoros illesztéseket.
Repülés és űrvédelem
Könnyű szerkezeti alkatrészek
A súly az ellenség a repülőgépiparban. Minden megtakarított kilogramm hasznos teherben és üzemanyagban térül meg. Az alumínium 7075 jól működik felső lengőkar-szerkezetekhez a magas szilárdság-tömeg arányának köszönhetően. A szerkezeti vázak, alvázak és manipulátorok ugyanezt a logikát követik. A marás hozza létre a prizmás formákat, zsebeket és összetett kontúrokat, amelyekre ezek az alkatrészek szükségesek.
A védelmi robotok egy újabb réteget tesznek hozzá. Por-, só- és hőmérséklet-ingadozásokban működnek. A korrózióálló ötvözetek és a lezárt burkolatok biztosítják a működésüket. A nagy pontosságot igénylő alkatrészek gyártása ebben a szektorban rendszeresen eléri a ±0.0002 hüvelykes tűréshatárokat.
Nagy szilárdságú illesztések
A csuklós egységek a kar teljes terhelési útvonalát viselik. Egyszerre van szükségük szilárdságra, merevségre és kifáradási élettartamra. A 17-4PH rozsdamentes acél és a titán nagy igénybevételű kötéseket kezel, ahol az alumínium túl hamar kifáradna. A sebességváltó burkolatok, a rögzítőkonzolok és a végrehajtó egységek csatlakozói teszik teljessé a tipikus alkatrészlistát.
A repülőgépiparban a gyártás a többtengelyes képességekre is támaszkodik. A belső átjárókkal ellátott kontúrozott illesztési házakat egyetlen sorozatban munkálják meg, ami megőrzi a csapágyfuratok közötti koncentrikusságot. Ez az egyetlen beállítású megközelítés teszi lehetővé a kompakt, integrált illesztési terveket.
NOBLE: Az Ön robotkaros CNC megmunkáló partnere
Fém- és műanyagmegmunkálási szakértelem
Alumínium, rozsdamentes acél, titán és műszaki műanyagok
A NOBLE megmunkálja az összes elterjedt robotkar-anyagot. Az alumínium könnyű karokhoz és platformokhoz használható, mivel csökkenti a tehetetlenséget és ellenáll a rozsdásodásnak. A rozsdamentes acél illeszkedik a tengelyekhez, csapokhoz és a könnyen mosható tiszta üregekhez. A titán lenyűgöző szilárdság-tömeg arányt biztosít a repülőgépipari és orvosi illesztéseknek. A PEEK és a Delrinhez hasonló műszaki műanyagok szigetelt alkatrészeket, kopásálló vezetőket és érzékelőházakat alkotnak.
Ez a tartomány azért fontos, mert egyetlen robot keveri az anyagokat. Egy csatlakozóház lehet alumínium, a tengelye 17-4 rozsdamentes acél, a perselye pedig PEEK. A NOBLE mindezt egy helyen tartja, így az illeszkedés az összeállításban egységes marad.
Prototípustól a gyártási mennyiségekig
A szolgáltató fejleszti folyamatait, hogy kezelni tudja a gyors prototípusgyártást, az egyedi megmunkált alkatrészeket, a kis tételű gyártást és a nagyméretű gyártási sorozatokat. Minden szakaszban állandó minőséget biztosít, és időben szállít.
Egyetlen konzol és egy 5,000 darabos sorozat ugyanazt a folyamatvezérlést kapja. A dokumentált befogás, a bevált szerszámpályák és a stabil beállítások biztosítják az alkatrészek azonos méretét a különböző tételekben. A tételek megismételhetősége fontos a moduláris robotösszeállítások esetében, ahol minden egységnek ugyanúgy kell működnie.
Tanúsítványok és minőségbiztosítási rendszerek
ISO 9001:2015 és ISO 13485:2016
A NOBLE ISO 9001:2015 és ISO 13485:2016 tanúsítvánnyal rendelkezik. Az első az általános minőségirányítást fedi le. A második a sebészeti robotika által megkövetelt orvostechnikai eszközökre vonatkozó szabályokat is tartalmazza. Mindkettő előírja az anyagellenőrzést, a revíziókezelést, a nemmegfelelőség kezelését és a tételszám nyomon követhetőségét.
Ellenőrzés és Dokumentáció
Minden robotikai alkatrész többlépcsős ellenőrzésen esik át, beleértve a koordináta-mérőgép (CMM) GD&T-vel szembeni validálását is. Mikrométerek, furatmérők, magasságmérők, menetmérők, érdességmérők és optikai rendszerek töltik ki azokat az üregeket, ahol a CMM túl sok. Az első cikkvizsgálat megerősíti a folyamatot, mielőtt a tétel továbblépne. A folyamat közbeni ellenőrzések kimutatják a szerszámkopást, a befogók mozgását vagy a hőeltolódást.
| dokumentum | Amit bizonyít |
| Anyag-/malomvizsgálati jelentések | Helyes ötvözet és hőtétel |
| FAI és CMM jelentések | A méretek megegyeznek a rajzzal |
| Megfelelőségi tanúsítványok | Specifikációs megfelelőség |
| Tétel nyomonkövetési nyilvántartások | Melyik tételt hova szállították |
Minden dokumentum felsorolja az alkatrészszámot, a verziót, az anyagtételt és a gyártási tételt.
Teljes körű gyártás
Tervezés, megmunkálás, befejezés és összeszerelés
A NOBLE a robotkar CNC megmunkálását a projekt egyetlen szakaszaként kezeli, nem pedig a teljes munkaként. A DFM ellenőrzések a mély zsebeket és az éles sarkokat még a forgácsok kirepülése előtt megjelölik. A vágás, eloxálás, galvanizálás és passziválás után ugyanazon minőségbiztosítási rendszer hatálya alá tartoznak, így a méretváltozások dokumentálva maradnak. Az összeszerelés magában foglalja a menetes betéteket, a csapágypréselést és a csapok rögzítését.
Egységes forrású projektmenedzsment
Egy csapat kezeli a programozást, a szerszámozást, a munkadarab-befogást, az ellenőrzést, a külső megmunkálást, a dokumentációt és az összeszerelést. Ez csökkenti a beszállítók közötti koordinációs terhet. Angol nyelvű dokumentáció, ellenőrzési jelentések és stabil csomagolás teszi teljessé a csomagot. Gyakorlati szempontból ez az egyetlen forrásból származó modell az, ami biztosítja, hogy a prototípusok és a gyártási megrendelések ütemterv szerint haladjanak.
A robotkar CNC megmunkálása három, már korán meghozott döntésen múlik: az alkatrész alakján, az anyagminőségen és a tűréshatárok szűkösségén. A munkafelületeknek, mint például a csapágyüléseknek és a fogaskerék-csatlakozóknak, ±0.001 és ±0.005 hüvelyk közötti tűréshatárokra, Ra 0.4 és 1.6 mikrométer közötti felületkezelésre van szükségük. A kozmetikai felületeknél lazább határértékek is alkalmazhatók. Az anyag is számít, mivel a MIC-6 és a Durabar lapos állapotban tartja a nagy alapokat. A kifáradás, a kopás és a korrózió a szokásos okai az alkatrészek meghibásodásának, és a megfelelő ötvözetek, valamint a felületkezelések ezeket kiküszöbölik. Kövesse a DFM szabályait: hagyja ki az éles belső sarkokat, és tartsa minimálisra a mély zsebeket. Gyakorlati értelemben a robotkar CNC megmunkálási költségei a pontosság feláldozása nélkül csökkennek. Dolgozzon együtt egy tanúsított gyártóval, például a NOBLE-lal az anyag nyomon követhetősége, a dokumentált ellenőrzés és a prototípustól a gyártásig tartó segítség érdekében. A helyes választás egy precíz, tartós és megismételhető robotot eredményez.
Gyakran ismételt kérdések a robotkaros CNC megmunkálással kapcsolatban
Milyen tűréshatárokat tud tartani a robotkar CNC megmunkálása?
A legtöbb általános méret ±0.001 és ±0.005 hüvelyk közé esik. A fontos illesztéseknek még szorosabbnak kell lenniük. A csapágyfuratok és a harmonikus hajtású interfészek ±0.01 mm-en belül maradnak, a szervomotor-rögzítések ±0.02 mm-en belül, az érzékelő-rögzítések pedig ±0.05 mm-en belül. A sebészeti összekötők elérhetik a ±0.0002 hüvelyket. Tehát a válasz valójában attól függ, hogy melyik jellemzőre kérdez rá.
Melyik alumínium minőséget válasszam robotkarhoz?
A feladattól függ. A 6061-T6 a legtöbb szerkezeti alkatrészhez használható, és 310 MPa szakítószilárdsággal rendelkezik. A 7075-T6 572 MPa szilárdságot biztosít a nagy terhelést hordozó összekötőelemekhez. A MIC-6 öntött lemez akkor a legjobb választás, ha a síklapúság a legfontosabb, mivel ±0.005 hüvelykes síklapúságot tart fenn, és alig mozdul el a hőciklusok során.
Mikor előzi meg a CNC a 3D nyomtatást a robotikai alkatrészek esetében?
A 3D nyomtatás kiválóan alkalmas koncepciómodellek és rácsos szerkezetek megmunkálására. A robotkaros CNC megmunkálás akkor a legjobb, ha tartós alkatrészekre, valódi felületkezelésre vagy olyan szilárdság-tömeg arányra van szükség, amely tartós a használat során. A működő prototípusok és a végfelhasználói alkatrészek általában CNC-vel készülnek.
Miért vetemednek a nagy alaplapok megmunkálás után?
A maradékfeszültség az oka. Amikor egy felületet megmunkálunk, a bezárt erők felszabadulnak, és az alkatrész meghajlik – a műhelyek ezt „burgonyalepergetőnek” nevezik. A MIC-6 és a Durabar ellenáll ennek, mivel alacsony a belső feszültségük. A nagyolás-pihentetés-simítás sorozat a feszültséget is lehetővé teszi az utolsó menetek előtti eltávozást.
Milyen felületkezelésre van szükség a csapágyülésekhez?
A megmunkált házak csapágyülései általában 0.4–0.8 μm Ra értéket igényelnek. A harmonikus hajtásinterfészek Ra értéke 0.8–1.6 μm. A kozmetikai felületek durvábbak maradhatnak, körülbelül 3.2 μm Ra értékkel. Írja fel a számot a rajzra, hogy a műhely tudja, melyik felületek számítanak.
Mi befolyásolja a robotkaros CNC megmunkálás költségeit?
Négy dolog: anyagminőség, megmunkálási idő, beállítás és szerszámozás, valamint ellenőrzés. Az alumínium 6061 sokkal kevesebbe kerül, mint a titán vagy a PEEK. Az öttengelyes és esztergáló marógépek órabére magasabb. Az egy-öt alkatrészből álló tételek esetében a beállítási rezsiköltség a legnagyobb költség.
Hogyan tarthatom fenn a pontosságot anélkül, hogy túllépném a költségvetésemet?
Csak a munkafelületeken alkalmazzon szűk tűréshatárokat. A csapágyfuratok, a motorvezérlők és a fogaskerék-csatlakozók viselik az illesztési terhelést. A zsebek, fedelek és hézagfuratok ±0.05 mm-hez közeli kereskedelmi tűréshatárokat alkalmazhatnak. A DFM korai felülvizsgálata akár 40%-kal is csökkentheti az orsó futásidejét.
Mire kell figyelnem egy robotkar CNC megmunkáló beszállítónál?
Keresse az iparágának megfelelő anyagok nyomonkövethetőségét, dokumentált ellenőrzését és tanúsítványait. Az ISO 9001:2015 szabvány az általános minőségirányítást fedi le. Az ISO 13485:2016 szabvány kiegészíti a sebészeti robotika által megkövetelt orvostechnikai eszközökre vonatkozó szabályokat. A CMM-jelentéseknek és az első cikk ellenőrzésének alapfelszereltségnek kell lennie.
