Шарнир робота — это подвижное звено между двумя жесткими частями. Он управляет движением и направлением роботизированной руки. Корпус шарнира робота охватывает подшипники, двигатели, энкодеры и редукторы внутри. Он обеспечивает их выравнивание, чистоту и безопасность. Этот корпус имеет большее значение, чем кажется на первый взгляд. По оценке Fact.MR, мировой рынок роботизированных рук к 2025 году составит около 22.74 млрд долларов США, поэтому ставки высоки. Хорошая конструкция шарнира робота обеспечивает точность в промышленных манипуляторах и коллаборативных роботах. Такой же тщательный подход применяется к каждому интегрированному шарниру робота и модулю шарнира робота. От этого зависит каждое применение шарнира робота.
Вопросы проектирования шарнирных соединений и корпуса робота
Конструкция любого роботизированного шарнира начинается с простого вопроса: с какими силами будет сталкиваться этот шарнир? Ответы на эти вопросы определяют все аспекты конструкции корпуса роботизированного шарнира. Люфт, жесткость, вес и теплоотвод — все это влияет на решения, принимаемые при проектировании корпуса роботизированного шарнира. Если допустить ошибки в этих параметрах, ваш интегрированный роботизированный шарнир никогда не сможет точно удерживать положение.
Требования к несущей способности и жесткости
Корпус выполняет функцию несущей конструкции. Он обеспечивает выравнивание и жесткость под нагрузкой. Тонкий корпус роботизированного шарнира с жестким редуктором внутри делает весь шарнир мягким. Чтобы определить источник люфта, измерьте его отдельно, а затем еще раз внутри собранного шарнира. Разница покажет, насколько подшипники, корпус и крепежные элементы увеличивают люфт.
Баланс жесткости и веса
Жесткость должна быть сбалансирована с весом. Тяжелый рычаг расходует энергию впустую и ограничивает его грузоподъемность. Цель — высокая жесткость без чрезмерной массы. Это соотношение сил определяет выбор материалов и толщину стенок при производстве.
Геометрия монтажного интерфейса
Монтажные поверхности должны быть плоскими и перпендикулярными. Любой наклон в этом месте приведет к смещению в дальнейшем. В низкопрофильном шарнире робота монтажный фланец часто также отводит тепло. Эта двойная функция делает форму еще более важной.
Планирование допусков и посадок
Посадка определяет, как подшипник располагается в отверстии. Геометрия определяет, где этот подшипник находится относительно всех остальных элементов. Два отверстия для подшипников могут соответствовать своим техническим характеристикам, но при этом все равно иметь отклонения от заданных размеров. Именно поэтому при проектировании шарниров роботов необходимо учитывать не только ограничения по размеру, но и требования к форме.
Посадка подшипника и шестерни
Для модулей карданных приводов подшипниковые шейки должны быть центрированы с точностью до 0.006 мм. Это предотвращает преждевременный износ зубьев шестерни и люфт. Точность центровки относительно торца должна оставаться в пределах 0.005 мм, чтобы избежать защемления подшипникового кольца. Точность расположения штифтов должна составлять плюс-минус 0.008 мм. Межосевые расстояния планетарных шестерен должны быть в пределах плюс-минус 0.006 мм. Это не просто рекомендации. Именно они определяют, будет ли соединение работать стабильно или нет.
Допуски на тепловое расширение
Нагрев меняет всё. Корпус шарнира робота, идеально работающий при 20°C, может заклинить при 70°C. Термические циклы во время обработки предварительно состаривают материал. Это обеспечивает его стабильность при тысячах перепадов температуры. Для роботов, используемых в холодильных камерах или литейных цехах, материалы с низким коэффициентом теплового расширения обеспечивают центрирование на микронном уровне в диапазоне температур от 0°C до 70°C.
| Совместный | Термическое рассмотрение | Выбор материала |
| J1 (Базовый) | Высокий постоянный крутящий момент | 20CrMnTi, цементированный в поверхностных слоях |
| J2 (Плечо) | Точное позиционирование в условиях роста | 42CrMo, поверхностно-упрочненная сталь |
| J3 (Локтевой сустав) | Более быстрая реакция снижает нагрев. | 42CrMo, 54–57 HRC |
| J4 (Вращение запястья) | Очень мало тепла | 42CrMo или 20CrMnTi |
| J5 (Запястье) | Требуется высочайшая точность. | 42CrMo или титан |
| J6 (Инструмент) | Вес имеет значение | Алюминий, титан или азотированная сталь |
Интеграция компонентов и кабелей
В интегрированном шарнирном соединении робота в один корпус помещаются двигатель, энкодер, тормоз, редуктор и сервопривод. Это означает значительное смешение электрических, тепловых и механических компонентов. Каждая деталь борется за место.
Размещение двигателя, энкодера и датчика
Расположение двигателя влияет на отвод тепла. Энкодерам необходимы чистые сигнальные пути. Датчики должны выдерживать вибрацию. Форма корпуса должна подходить для всех них, не нарушая выравнивания. Сложные ребристые узоры, выточенные на корпусе шарнира робота, увеличивают площадь поверхности для охлаждения. Ребра могут быть расположены под углом, чтобы соответствовать потоку воздуха в месте установки робота.
Герметизация и прокладка кабелей
Кабели представляют собой скрытую проблему. Соберите свободные провода и оберните их разрезной оболочкой. Закрепите оболочку с обоих концов, чтобы провода оставались на месте во время вращения. Сделайте сервисную петлю из лишнего кабеля для полного перемещения манипулятора без натяжения. Свободные провода цепляются и дергаются, когда детали перемещаются относительно друг друга. Запланируйте дополнительный провод при подтягивании детали, а затем сформируйте из него аккуратную петлю. Защитите пучки проводов расширяющейся или спиральной оболочкой вблизи мест защемления. Сгруппируйте провода питания двигателя и энкодера вместе и закрепите их на двигателях.
Герметизация предотвращает попадание грязи. Отвод тепла обеспечивает его эффективное рассеивание. Прокладка кабелей позволяет всем компонентам свободно перемещаться. Эти три проблемы повторяются в каждой промышленной манипуляторной системе и коллаборативном роботе. Решите их на ранней стадии, и механические части шарниров вашего робота будут работать долгие годы.
Материалы для корпуса шарнира робота
Выбор материала для корпуса шарнира робота влияет на его вес, жесткость, теплоотдачу и стоимость. Каждый выбор сопряжен с компромиссами, которые влияют на весь производственный процесс. Оптимальный вариант зависит от нагрузки и условий окружающей среды, в которых будет находиться шарнир.
Алюминиевые сплавы
Алюминий — наиболее распространенный материал для деталей шарниров роботов. Он легкий, легко поддается механической обработке и хорошо отводит тепло, благодаря чему двигатели работают при более низкой температуре. Как алюминий 6061, так и алюминий 7075 хорошо анодируются, что делает их подходящими для многих промышленных применений.
Сплавы 6061 и 7075
Сплав 6061-T6 — это наиболее распространенный и универсальный материал для повседневного использования. Он легко поддается механической обработке, сварке и анодированию. Он стоит дешевле и хорошо подходит для соединений с низкой нагрузкой. Но у него есть ограничения. Корпус из сплава 6061 изнашивается быстрее при многократных высоких нагрузках. Для соединений, которые циклически повторяются много раз в минуту, это представляет собой реальный риск.
Сплав 7075-T6 обеспечивает лучшие характеристики. Он примерно на 66% прочнее при усталостных нагрузках. В таблице ниже приведены соответствующие данные.
| Свойства | 6061-T6 | 7075-T6 | <b>Сравнение</b> |
| Усталостная прочность (10^8 циклов) | 96 МПа (14 фунтов на квадратный дюйм) | 159 МПа (23 фунтов на квадратный дюйм) | Сплав 7075-T6 на 66% выше. |
Сплав 7075 превосходит сплав 6061 по усталостной прочности благодаря более прочной зернистой структуре и меньшей вероятности образования микротрещин, что делает его более подходящим для циклических нагрузок в этих деталях.
Дополнительная прочность достигается ценой определенных компромиссов. Сплав 7075 сложнее обрабатывать. Износ инструмента увеличивается. Его также сложнее сваривать, и он стоит дороже. Но для модуля шарнира робота, который работает много раз в день, 7075 оправдывает дополнительные затраты. Более длительный срок службы компенсирует более высокую стоимость материала.
Совместимость с анодированием
Оба сплава хорошо поддаются анодированию. Однако для сплава 7075 требуется более тщательный процесс. Анодирование типа II обеспечивает стандартную защиту от коррозии. Твердое покрытие типа III значительно повышает износостойкость. Компонент из сплава 7075 с твердым анодированием устойчив к фреттингу при постоянной вибрации шарнирного модуля робота. Твердое покрытие также меньше удерживает тепло, что способствует терморегулированию.
Сталь и нержавеющая сталь
Сталь обеспечивает жесткость, недостижимую для алюминия. Она тяжелее, но иногда точность важнее веса. Кроме того, сталь выдерживает более высокие температуры, не теряя прочности.
Компромиссы в отношении коррозии
Сталь легко ржавеет во влажной или химически обработанной среде. Нержавеющая сталь решает эту проблему, но стоит дороже и обрабатывается медленнее. Для деталей литейных соединений, подверженных воздействию тепла и влаги, нержавеющая сталь быстро окупается. Для манипулятора в чистом помещении может быть достаточно стали с покрытием. Покрытия, такие как химическое никелирование, увеличивают стоимость, но расширяют область применения более дешевых сталей.
Прочность и износостойкость
Стальные детали превосходно подходят для высокомоментных соединений, таких как J1 и J2. Закаленные стали, например, 20CrMnTi, устойчивы к вмятинам в местах крепления болтов. Поверхность остается твердой, а сердцевина – прочной. Такое сочетание трудно превзойти для тяжелых условий эксплуатации. Для зон с высоким износом азотированная сталь обеспечивает дополнительную твердость поверхности без деформации.
Пластмассы и композиты
Пластмассы значительно снижают вес. Они лучше всего подходят для роботов с низким крутящим моментом или для коллаборативных роботов, где масса имеет наибольшее значение. Кроме того, они естественным образом гасят вибрации, что способствует стабильности положения.
Применение PEEK и нейлона
PEEK выдерживает более высокие температуры, чем большинство пластмасс. Он устойчив к химическим веществам и медленно изнашивается со временем. Нейлон стоит дешевле, но впитывает влагу, что изменяет его размеры. Используйте PEEK для уплотнительных колец и втулок внутри соединения. Используйте нейлон для наружных крышек, не несущих нагрузку. Нейлоновые марки с добавлением стекловолокна повышают жесткость, но снижают ударопрочность.
Варианты с армированием углеродным волокном
Композиты из углеродного волокна обладают жесткостью, близкой к алюминию, при вдвое меньшем весе. Они плохо проводят тепло, поэтому управление тепловым режимом становится сложнее. Кроме того, их производство обходится дороже и требует тщательной разработки пресс-форм. Для высокоскоростной манипулятора коллаборативного робота использование углеродного волокна в отдельных секциях может значительно снизить инерцию. Выбор каждого материала влияет на весь процесс производства, от скорости обработки до обработки поверхности.
Прототипирование и тестирование корпуса шарнирного соединения робота
Прототипирование превращает идею конструкции шарнира робота в реальную деталь. Оно помогает выявить проблемы до того, как вы потратите деньги на производственное оборудование. Выявление проблемы на ранней стадии экономит недели времени и тысячи долларов. Качественный этап прототипирования делает деталь надежной, а не той, которая сломается в процессе эксплуатации.
Методы быстрого прототипирования
В прототипировании скорость имеет важное значение. Наиболее распространены два метода. Каждый из них наиболее эффективен на разных этапах.
Прототипы, изготовленные на станках с ЧПУ, против прототипов, напечатанных на 3D-принтере.
Прототипы, изготовленные на станках с ЧПУ, создаются из настоящего металла. Их жесткость и термостойкость соответствуют характеристикам готовой детали. Для интегрированного шарнира робота эта информация имеет ключевое значение. Нельзя предугадать, как корпус шарнира робота ведет себя под нагрузкой. Необходимы реальные параметры. Свойства металла должны быть указаны для подшипниковых опор, зубьев шестерен и монтажных поверхностей.
3D-печать хороша для проверки формы, но не для испытаний на нагрузку. Пластик гнется иначе, чем металл. Результаты будут неверными. Но печать быстрая и дешевая. Можно проверить прокладку кабелей и форму за один день. Для деталей соединительных модулей, таких как опоры подшипников, всегда используйте ЧПУ. Допуски на пластик слишком большие.
Функциональное тестирование и тестирование на долговечность
Корпус шарнира робота, подходящий по размеру, должен также работать под нагрузкой. Функциональные испытания это подтверждают. Испытания на долговечность показывают, что он прослужит долгие годы.
Проверка соответствия размера и формы
Проверка соответствия деталей позволяет убедиться в правильности их соединения. Вставьте подшипник в отверстие. Покрутите его. Проверьте, нет ли заеданий. Проверьте двигатель. Плавно ли он входит? Проверьте шестерню. Полностью ли она вставлена? Эти практические проверки выявляют скрытые проблемы конструкции. 30-минутная проверка соответствия может сэкономить недели в будущем.
Проверка формы позволяет осмотреть всю сборку целиком. Проходят ли кабели через каналы? Совпадают ли монтажные отверстия? Доходит ли провод энкодера без натяжения? Простые проверки позволяют избежать дорогостоящей доработки.
Испытания под нагрузкой и на крутящий момент
Установите модули шарниров робота на испытательный стенд. Постепенно прикладывайте крутящий момент. Измеряйте отклонение на каждом этапе. Сравните его с целевыми значениями жесткости. Результаты покажут, достаточно ли жесткий корпус для точной работы.
Проверка на люфт является частью этого этапа. Зафиксируйте выходной сигнал. Измерьте величину смещения входного сигнала. Для интегрированного модуля шарнира робота люфт должен быть менее 1 угловой минуты. Большие значения означают, что корпус шарнира робота слишком сильно изгибается. Исправьте это, увеличив толщину стенок или улучшив опору подшипников. Изогнутый корпус нарушает зацепление шестерен и ускоряет износ зубьев.
Вибрационные и усталостные испытания
Вибрационные испытания позволяют определить собственные частоты. Корпус, который вибрирует на рабочей скорости, выйдет из строя преждевременно. Добавление ребер жесткости или утолщение стенок позволит сместить частоты в сторону более высоких значений.
Испытания на усталость проводят модуль шарнира робота в течение миллионов циклов. Это показывает, насколько долговечен выбранный материал. Здесь проявляются небольшие трещины вблизи отверстий для болтов. Испытание показывает ожидаемый срок службы модулей шарниров робота. Используйте эти данные для определения интервалов технического обслуживания.
Итерация и проверка дизайна
Тестирование порождает данные. Данные приводят к изменениям. Эта обратная связь делает прототипирование стоящим затраченных усилий.
Петли обратной связи для тестовых данных
Запишите все результаты: люфт, жесткость, повышение температуры. Сравните каждый показатель с проектными значениями. Если какой-либо показатель не соответствует целевым значениям, замените корпус шарнира робота.
Увеличьте толщину стенки. Отрегулируйте посадку подшипника. Изготовьте новый прототип. Протестируйте еще раз. Каждый цикл улучшает конструкцию. Для сложного корпуса обычно требуется от трех до пяти циклов. Полученные данные подскажут, что нужно исправить и когда остановиться.
Критерии заморозки проекта
Прежде чем начать, определите четкую точку остановки. Определите, что означает успех. Примерные критерии: люфт менее 1 угловой минуты, отсутствие отказов в течение 10 миллионов циклов, жесткость выше целевого значения. Запишите эти критерии заранее.
Как только прототип будет соответствовать всем требованиям, зафиксируйте дизайн. Заблокируйте 3D-модель. Переходите к производству. Сотрудничайте с опытным цехом. NOBLE — ведущая производственная компания в Китае. Они занимаются прототипированием и полномасштабным производством. Их опыт в области механической обработки позволяет изготавливать детали на станках с ЧПУ, которые соответствуют окончательным характеристикам первого прототипа. Это сокращает время итераций и повышает уверенность в качестве корпуса шарнира вашего робота.
Точная механическая обработка корпуса шарнира робота
Механическая обработка превращает заготовку в готовый корпус шарнира робота. На этом этапе определяется, насколько точно установлены подшипники и насколько чисто зацепляются шестерни. Для металлических корпусов шарниров роботов большая часть работы выполняется на станках с ЧПУ (фрезерование и токарная обработка). Пластиковые или мелкосерийные корпуса могут изготавливаться методом литья под давлением или 3D-печати. Эти методы позволяют избежать стружки, но при этом снижают жесткость и точность изготовления. Металлические детали остаются стандартом для промышленных манипуляторов.
Фрезерные и токарные станки с ЧПУ
Фрезерование позволяет обрабатывать пазы, поверхности и отверстия для болтов. Токарная обработка формирует круглые отверстия и фланцы. Для большинства корпусов соединений необходимы оба метода. Обработка заготовки часто начинается на токарном станке, а затем переходит на фрезерный станок для обработки боковых элементов. Каждая переналадка увеличивает вероятность ошибки, поэтому цеха тщательно планируют порядок операций.
Преимущества многоосевой обработки
Пятиосевые станки кардинально меняют подход к обработке сложных деталей. Инструмент или деталь наклоняются, благодаря чему режущий инструмент достигает углов, недоступных для трехосевой обработки. Вот что это дает:
- Меньше переналадок, поскольку все стороны обрабатываются за один зажим.
- Более высокое качество обработки поверхности, поскольку инструмент удерживает оптимальный угол.
- Более жесткие допуски, поскольку меньшее количество перестановок означает меньший дрейф.
- Поддержка изогнутых, угловатых или органических элементов.
- Более длительный срок службы инструмента, поскольку правильно подобранные углы уменьшают напряжение и нагрев.
Глубокие пазы и отверстия под углом — вот что действительно проверяется. Трехкоординатный станок требует длинных инструментов, которые гнутся и вибрируют. Пятикоординатная обработка наклоняет деталь, чтобы короткий, жесткий инструмент мог проникнуть внутрь. Это обеспечивает стабильность стенок и чистоту поверхности. Меньшее количество переналадок также снижает риск переноса базовых параметров. Монтажные отверстия, боковые порты и уплотнительная поверхность остаются в одной системе координат. Это важно, когда схема расположения болтов должна совпадать с внутренним пазом.
Крепление тонких стен
Тонкие стенки деформируются при зажиме. Слишком большое давление — и отверстие приобретет овальную форму. Слишком малое — и деталь приподнимется во время резки. Мягкие зажимные губки, обработанные по профилю детали, распределяют нагрузку. Опорные блоки за стенкой обеспечивают жесткость, не оставляя следов на поверхности. Легкая чистовая обработка удаляет остатки материала с минимальным усилием. Хорошо продуманное приспособление защищает геометрию, требуемую конструкцией.
Сверление, растачивание и нарезание резьбы
Отверстия кажутся простыми, пока не проверишь их расположение. Фланец двигателя с отверстиями, смещенными на несколько сотых, не будет плотно прикручен болтами. Затем расточка подгоняет отверстие под окончательную посадку. Нарезание резьбы обеспечивает нарезание резьбы, которая удерживает крепежные элементы под воздействием вибрации.
Точность положения отверстия
Допустимое отклонение положения зависит от функции сустава. В таблице ниже приведены распространенные уровни.
| Уровень точности | Точность положения монтажного отверстия | Области применения |
| Стандарт | ±0.05 мм | Общие области применения шарнирных соединений роботов |
| Высокий | ±0.02 мм | Применение высокоточных шарниров в робототехнике |
| Сверхвысокий | ±0.01 мм | Применение сверхточных шарниров в робототехнике |
Соосность монтажного отверстия и отверстия подшипника должна оставаться в пределах 0.02 мм TIR. Точность диаметра отверстия составляет ±0.05 мм. Резьбовые отверстия соответствуют классу резьбы 6H согласно ISO 965.
Качество резьбы для крепежных изделий
Резьба воспринимает усилие зажима, которое удерживает модуль шарнира робота. Неглубокая или порванная резьба срывается под воздействием вибрации. Острые метчики, сверла правильного размера и надлежащая смазка защищают резьбу от повреждений. Проверяйте глубину резьбы и калибруйте каждое критически важное отверстие. Порванная резьба в отверстии означает брак детали, а не быстрое решение проблемы.
Качество поверхности и контроль размеров
Поверхности подшипниковых узлов должны быть гладкими. Шероховатость приводит к износу и шуму. Выбор инструмента и скорость резания определяют качество обработки. Контроль в процессе производства позволяет выявить отклонения до того, как партия испортится.
Выбор инструмента и скорости
Острые твердосплавные инструменты с соответствующим покрытием чисто режут алюминий. Более высокие скорости вращения шпинделя и умеренные подачи обеспечивают гладкую поверхность. Затупившиеся инструменты размазывают материал и увеличивают шероховатость. Для стали более низкие скорости вращения и жесткая настройка позволяют контролировать нагрев. Охлаждающая жидкость поддерживает стабильную температуру, обеспечивая сохранение размеров.
Измерение в процессе
Измерения проводятся, пока деталь еще находится на станке. Проверка размеров и положения отверстия с помощью зонда позволяет отрегулировать его в реальном времени. Своевременное выявление отклонения позволяет спасти всю партию. Эта привычка имеет решающее значение для высокоточной обработки и отличает надежное предприятие от рискованного.
Для изготовления посадочных мест подшипников или втулок обычно требуется шероховатость Ra от 0.4 до 0.8 мкм, которая достигается путем шлифовки или прецизионной токарной обработки.
Эти опоры служат для крепления каждого модуля шарнира робота, поэтому качество отделки не является необязательным. В процессе качественного производства используется подходящий инструмент в сочетании с измерительной петлей. Такая комбинация обеспечивает точность обработки тысяч деталей. Квалифицированное производство гарантирует бесперебойную работу модулей шарниров роботов на протяжении многих лет.
Обработка поверхности корпуса шарнира робота
Обработка поверхности защищает корпус шарнира робота от ржавчины, износа и загрязнений. Однако покрытия могут изменять размеры детали. Отверстия подшипников и уплотнительные поверхности необходимо замаскировать. Правильное покрытие обеспечивает бесперебойную работу шарнира в течение многих лет.
Анодирование и конверсионные покрытия
Анодирование — это процесс образования оксидного слоя непосредственно на поверхности алюминия. Этот слой предотвращает коррозию и делает поверхность более твердой. Это стандартное покрытие для большинства корпусов.
Анодирование типа II и типа III
Анодирование типа II обеспечивает хорошую защиту от ржавчины и позволяет наносить красители. Для чистых поверхностей анодирование типа II вполне подходит. Оно значительно повышает износостойкость.
Твердое анодирование типа III отличается от традиционного. Оно создает более толстый и плотный оксидный слой. Его твердость достигает 600–700 HV. Твердость необработанного сплава 6061-T6 составляет всего около 95 HV. Такой значительный скачок имеет существенное значение. Анодирование типа III хорошо подходит для скользящих и вращающихся поверхностей. Для создания поверхности с низким коэффициентом трения можно добавить ПТФЭ. Движение становится более плавным и легче повторяемым. Для шарнирного модуля робота, который перемещается ежедневно, анодирование типа III — лучший выбор.
Преимущества в плане защиты от коррозии и износа.
Необработанный алюминий обладает лишь умеренной устойчивостью к ржавчине. Тип II оценивается как превосходный. Тип III обеспечивает исключительную износостойкость. Необработанный корпус шарнира робота царапается и покрывается точечными повреждениями на заводе. Корпус с твердым анодированием выдерживает воздействие чистящих средств и заводской грязи.
Еще один вариант — хроматное конверсионное покрытие. Оно образует сверхтонкую защитную пленку, которая обеспечивает протекание электричества и улучшает сцепление краски. Шестивалентный хромат типа I подходит для старых аэрокосмических применений. Трехвалентная прозрачная химическая пленка типа II соответствует требованиям RoHS и REACH. Используйте ее, когда анодирование добавляет слишком большую толщину для ваших задач.
Покраска, порошковая покраска и гальваническое покрытие
Некоторые корпуса окрашиваются или покрываются порошковой краской вместо анодирования. Эти методы позволяют нанести более толстый слой краски. Они изменяют размеры сильнее, чем анодирование.
Контроль толщины покрытия
Для прецизионных отверстий требуются жесткие допуски. Отверстие H6 не выдерживает большого количества покрытия. Твердое анодирование типа III добавляет от 25 до 75 мкм. Это уменьшает диаметр отверстия примерно вдвое. Слишком большое покрытие приведет к тому, что подшипник не будет установлен. Пропадает предварительная нагрузка.
Это можно решить тремя способами. Перед нанесением покрытия замаскируйте отверстия подшипников. Закажите отверстия большего диаметра, чтобы конечный размер оставался в пределах допуска. Твердое анодирование следует проводить только на наружных поверхностях. Производственные бригады часто используют все три метода одновременно. Это обычная практика для прецизионных деталей.
Маскировка критически важных поверхностей
Посадочные места подшипников, уплотнительные поверхности и резьбовые отверстия нуждаются в маскировке. Если покрытие попадет в резьбу, крепежные элементы не будут правильно защелкиваться. Если оно накопится на уплотнительной поверхности, уплотнительное кольцо будет протекать. Малярная лента или силиконовые заглушки блокируют покрытие. Удалите их после обработки. Проверьте каждую поверхность перед сборкой.
Удаление заусенцев и подготовка кромок
Острые кромки перерезают провода и цепляют перчатки. Они создают точки напряжения и со временем трескаются. Удаление заусенцев устраняет эти риски.
Ручная и автоматизированная зачистка
Ручная зачистка заусенцев осуществляется с помощью напильников, скребков и абразивных подушечек. Квалифицированный работник может обработать каждый скрытый край. Этот метод хорошо подходит для небольших объемов производства. Автоматизированная зачистка заусенцев использует щетки или абразивный материал. Она быстрее и обеспечивает более стабильное качество. Для больших объемов производства шарнирных модулей роботов автоматизация выигрывает. Каждая деталь получается одинаковой.
Технические характеристики разрыва кромки
Кромки должны иметь небольшой зазор. Обычно требуется зазор от 0.1 до 0.5 мм. Это позволяет удалить заусенцы, не изменяя форму. Необходимо указать зазоры на всех внешних кромках. Внутренние опорные кромки должны оставаться острыми, если чертежи не предусматривают иное. Четкое указание в спецификации предотвратит разногласия между проектировщиками и производственниками.
Обработка поверхности позволяет подготовить обработанный корпус к эксплуатации. Правильное покрытие предотвращает попадание грязи и ржавчины. Необходимо правильно замаскировать поверхности. Выбрать подходящий тип анодирования. Сгладить кромки. Модуль шарнира робота с качественной обработкой поверхности работает дольше и требует меньшего количества ремонтов.
Контроль качества корпуса шарнира робота
Контроль качества доказывает, что корпус шарнира робота соответствует проектным допускам и требованиям к поверхности. Можно изготовить отличную деталь, а отправить бракованную. Только измерения позволяют установить истину.
Методы размерного контроля
Координатно-измерительная машина (КИМ) измеряет детали в трех измерениях. Она имеет подвижный манипулятор, щуп и компьютер. Щуп касается точек на детали. Машина записывает каждую точку в виде координат X, Y и Z. Эти точки образуют трехмерное облако точек. Программное обеспечение сравнивает это облако с проектной моделью.
Координатно-измерительные машины и оптические измерения
Для схемы расположения болтов с точным допуском по положению недостаточно проверки только осей X и Y. Расположение каждого отверстия имеет значение относительно других отверстий и заданных базовых точек. Поэтому координатно-измерительная машина измеряет истинное положение оси каждого отверстия. Она проверяет, попадает ли ось в необходимую цилиндрическую зону допуска. Оптические компараторы делают то же самое для более мелких элементов.
Проверка GD&T
Вот как работает математика. Измерьте реальный центр каждого отверстия. Запишите его координаты X и Y относительно базовой системы координат. Затем найдите разницу: dx равно фактическому X минус номинальное X, а dy равно фактическому Y минус номинальное Y. Формула истинного положения: P = 2 × √(dx² + dy²). Это дает наименьший диаметр цилиндра, центрированного в базовой точке, которая содержит фактическую ось отверстия.
Положение при максимальном размере материала позволяет увеличить допуск, поскольку деталь выходит за его пределы. Отверстие, заданное при максимальном размере материала 0.266 дюйма и полученное на выходе размером 0.270 дюйма, получает дополнительный допуск в 0.004 дюйма. Допустимое положение увеличивается с 0.010 дюйма до 0.014 дюйма. Это логично: отверстие большего размера может допускать большую погрешность положения и при этом поместиться.
Проверка материалов и покрытий
Измерение твердости позволяет убедиться в эффективности термообработки. Различные методы подходят для разных целей.
| Метод измерения твердости | Как это помогает стальным деталям корпуса шарнирного соединения робота |
| Бринеллю | Проверяет твердость высокотемпературных деталей, таких как поковки и термообработанные детали. |
| Rockwell | Лучше всего подходит для закаленной стали и термообработанных сплавов. |
| Vickers | Подходит для коррекции глубины закалки и изменения твердости. |
| Кнуп | Отлично подходит для удаления очень мелких пятен, таких как загрязнения покрытий и следы термического воздействия. |
Проверка твердости и состава
Шкала Роквелла используется для закаленной стали и термообработанных сплавов. Шкала Виккерса показывает глубину закалки и изменения твердости. Шкала Кнупа используется для покрытий и сварных швов. Проверка состава подтверждает соответствие сплава заводскому сертификату.
Испытание адгезии покрытия
Покрытие должно хорошо держаться. Тест с помощью клейкой ленты или царапания показывает, насколько хорошо анодирование или гальваническое покрытие сцепилось с основным металлом. Плохое сцепление приводит к преждевременному образованию ржавчины.
Документация и отслеживаемость
Прослеживаемость имеет первостепенное значение для роботов, критически важных с точки зрения безопасности и используемых в медицине. Аудиторы требуют полного отслеживания партий, начиная с сертификатов на сырье и заканчивая окончательной проверкой. Это включает отслеживание материалов с указанием номеров партий и до готовой детали. Отслеживание партий включает проверку сертификатов на сырье, химического состава и механических свойств. Полная сертификация сырья и отслеживание партий завершают этот цикл.
Отчеты об инспекциях
Записываются все ключевые параметры. В отчетах измеренные значения указываются рядом с номинальными значениями и допусками.
Отслеживание партий и серий
Серийные номера связывают каждый модуль шарнира робота с данными его проверки. В случае поломки в полевых условиях можно отследить причину.
Качественный контроль обеспечивает высокую точность и надежность каждого модуля шарнира робота. Он также поддерживает чистоту производственной документации и укрепляет репутацию вашего предприятия.
Интеграция в сборку интегрированных шарнирных модулей робота.
Встроенный шарнир робота объединяет двигатель, редуктор, энкодер, тормоз и сервопривод в одном корпусе. Каждая деталь должна быть установлена правильно. Сборка обеспечивает выравнивание, предварительную нагрузку и герметичность, заданные на ранних этапах проектирования и обработки. Ошибка на этом этапе сводит на нет всю проделанную работу.
Установка подшипников и шестерен
Подшипники и шестерни передают мощность от двигателя к манипулятору. Они должны располагаться ровно внутри корпуса шарнира робота.
Методы запрессовки и термопосадки
При запрессовке используется равномерное усилие для вдавливания подшипника в отверстие. Стенка корпуса шарнира робота должна удерживать отверстие без деформации. Термопосадка отличается. Корпус нагревают или охлаждают подшипник. Затем детали скользят друг относительно друга без приложения силы. Для модулей шарниров гармонического привода термопосадка является распространенной. Она предотвращает повреждение поверхности от запрессовки. Равномерная температура очень важна. Неравномерный нагрев деформирует отверстие и нарушает посадку.
Регулировка предварительной нагрузки
Подшипникам необходима правильная предварительная нагрузка. Слишком большая предварительная нагрузка вызывает сопротивление и нагрев. Слишком малая приводит к люфту в шарнире. Регулируйте предварительную нагрузку с помощью прокладок или резьбовой гайки. Измеряйте момент вращения во время регулировки. Остановитесь, когда момент вращения будет соответствовать заданным параметрам. Этот шаг обеспечивает одинаковую работу каждого модуля шарнира робота. Для плавного движения интегрированному шарниру робота это необходимо.
Интеграция двигателя и датчика
Двигатель создает крутящий момент. Датчик сообщает о положении. Они должны работать вместе без электрических помех.
Процедуры выравнивания
Вал двигателя должен совпадать с входным валом шестерни. Несовпадение вызывает вибрацию и шум. Используйте индикатор часового типа. Проверьте биение в муфте. Следите за тем, чтобы оно не превышало спецификацию производителя шестерни. Для прецизионных низкопрофильных зубчатых передач, работающих в условиях волнового воздействия, даже несколько микрон смещения снижают срок службы шестерни. Действуйте осторожно.
Прокладка проводов и разъемов
Провода передают питание и данные. Прокладывайте их таким образом, чтобы избежать защемления и электрических помех. Экранированные кабели защищают сигналы энкодера от помех.
| Тип щита | Защита от электромагнитных помех | Гибкая пригодность | Пригодность для кручения | Для каких задач |
| Фольга (алюминий/майлар) | Хорошее качество (более 90% покрытия) | Плохое качество — трещины появляются менее чем за 100 000 циклов. | Неподходящий | Только стационарная установка |
| Плетеная (луженая медь) | Очень хорошо (85–95% покрытия) | Хороший — выдерживает более 5 миллионов циклов. | Умеренная — ограниченная устойчивость к кручению | Цепи для протяжки тросов, линейные гибкие тросы |
| Спирально-навитой (медный) | Хороший (70–85% охват) | Отлично — более 3 месяцев циклов. | Отлично — подходит для поворотов | Шарниры запястья роботов, вращающиеся оси |
| Плетеная коса + фольга (комбинированная) | Отличное качество (более 95% покрытия) | Умеренный — фольга ограничивает срок службы при изгибе. | Плохое качество — фольга трескается под воздействием скручивания. | Условия эксплуатации с высоким уровнем электромагнитных помех, фиксированная или минимальная гибкость. |
Для интегрированных модулей шарниров робота экранирование в оплетке обеспечивает баланс между защитой от электромагнитных помех и долговечностью при изгибах. Спирально намотанные экраны выдерживают скручивание в шарнирах запястья. Подключайте экраны к обоим концам кабеля. Свободно намотанный экран работает как антенна. Держите силовые кабели на расстоянии не менее 50 мм от сигнальных кабелей внутри манипулятора. Перекрещивайте их под углом 90°, если они должны соприкасаться. Детали модуля шарнира, такие как двигатель и энкодер, находятся в одном пространстве. Аккуратная проводка экономит время на последующую диагностику.
Заключительное тестирование и герметизация
На последнем этапе проверяется работоспособность всех компонентов. Каждая деталь соединительного модуля должна пройти проверку перед отправкой с линии.
Проверка герметичности и герметичности
Корпус шарнира робота должен оставаться герметичным. Грязь разрушает подшипники. Влага вызывает короткое замыкание электроники. Применяйте небольшое вакуумное давление. Следите за падением давления. Используйте мыльный раствор для уплотнений. Проверьте правильность посадки уплотнительных колец. Любая утечка означает необходимость доработки.
Проверка совместной функции
Протестируйте шарнир в полном диапазоне движений. Проверьте плавность работы. Измерьте крутящий момент. Убедитесь, что показания энкодера соответствуют заданному положению. Прислушайтесь к посторонним шумам. Вибрация на определенной скорости может указывать на смещение подшипников. Запишите результаты для отслеживания. Эти тесты подтверждают соответствие различных модулей шарниров робота заданным параметрам перед отправкой. Полностью протестированный интегрированный шарнир робота готов к окончательной сборке манипулятора.
Сборка связывает все воедино. Качественные производственные процессы обеспечивают точность проектирования и производства. Каждое интегрированное шарнирное соединение робота должно надежно покидать линию.
Почему именно NOBLE для производства корпусов шарнирных соединений для роботов?
Выбор производственного партнера для корпуса шарнира робота — важное решение. Вам нужна компания, которая работает с металлом и пластиком, соблюдает жесткие допуски и знает весь процесс изготовления. Компания NOBLE идеально подходит для этой цели. Она специализируется на деталях для роботов и объединяет материалы и процессы под одной крышей.
Экспертиза в области обработки металлов и пластмасс.
Возможности применения различных материалов
Компания NOBLE обрабатывает алюминий, сталь, нержавеющую сталь и конструкционные пластмассы. Этот диапазон важен, поскольку в одном интегрированном шарнире робота часто используются разные материалы. Корпус шарнира робота может быть изготовлен из алюминия, посадочные места подшипников — из стали, а уплотнения — из PEEK. Один цех, обрабатывающий все три материала, сокращает сроки выполнения заказов и исключает взаимные обвинения между поставщиками.
Прецизионная механическая обработка и отделка
В их цехе используется многоосевое оборудование с ЧПУ, обеспечивающее контроль качества обработки поверхности отверстий подшипников. Анодирование, гальваническое покрытие и удаление заусенцев выполняются собственными силами или с помощью проверенных партнеров. Такой контроль гарантирует точность посадки, заложенную в проекте. Он также обеспечивает технологичность всей сборки от первого среза до последнего слоя покрытия.
Сертификаты и стандарты качества
ISO 9001:2015 Менеджмент качества
Стандарт ISO 9001:2015 устанавливает базовые требования к стабильному качеству. Компания NOBLE следует письменным инструкциям для каждой задачи. Это означает, что модули шарниров вашего робота получают одинаково тщательное обслуживание как при первом, так и при сотом заказе.
ISO 13485:2016 Медицинская дисциплина
Стандарт ISO 13485:2016 выводит дисциплину на новый уровень. Он требует строгой прослеживаемости, чистых процессов и документированных проверок. Такой подход подходит для робототехники, критически важной с точки зрения безопасности. Высокопроизводительному шарнирному модулю робота необходим именно такой уровень контроля.
Поддержка на всех этапах проектирования и сборки.
Помощь в проектировании и дизайне
Инженеры компании NOBLE проверяют ваш проект перед началом резки металла. Они указывают на тонкие стенки, жесткие допуски и особенности, повышающие стоимость. Эта обратная связь позволяет сократить количество изменений и улучшить конечный результат.
Производство, контроль качества и сборка
Команда сопровождает проект от заготовки до обработки, отделки, контроля качества и окончательной сборки. Они создают интегрированные шарнирные узлы для роботов, а не просто отдельные детали. Один партнер на всех этапах цепочки означает меньшее количество передач и меньше неожиданностей.
Компания NOBLE объединяет производственные процессы, сертификацию и комплексную сервисную поддержку. Для работы с шарнирными модулями роботов такое сочетание трудно превзойти.
Вы прошли весь процесс: проектирование шарнира робота, выбор материалов, создание прототипа, механическая обработка, обработка поверхности, контроль качества и сборка. Каждый этап основывается на предыдущем. Жесткие допуски обеспечивают надежную фиксацию подшипниковых узлов. Правильный сплав выдерживает высокие температуры и нагрузки. Тестирование выявляет проблемы до начала производства. Контроль качества подтверждает соответствие детали чертежу. Сборка обеспечивает правильное выравнивание, предварительную нагрузку и герметизацию.
Внедрите эти навыки в свои проекты. Закрепляйте дизайн только после того, как данные испытаний подтвердят его правильность. Защищайте важные поверхности защитной пленкой перед нанесением покрытия. Проводите измерения, пока деталь еще находится на станке, а не ждите окончательной проверки.
Эффективность интегрированного шарнира робота зависит от качества его корпуса. Правильно подобранный корпус шарнира обеспечит надежную фиксацию положения ваших промышленных манипуляторов и коллаборативных роботов, а также их бесперебойную работу и долгий срок службы.
Часто задаваемые вопросы о корпусе роботизированного сустава
Какой материал лучше всего подходит для корпуса шарнира робота?
Алюминий 7075-T6 — лучший выбор для большинства соединений. Он на 66% прочнее при усталостных нагрузках, чем 6061-T6. Сталь лучше подходит для соединений с высоким крутящим моментом. Пластмассы подходят для коллаборативных роботов с низкой нагрузкой, где вес имеет первостепенное значение.
Почему отверстия подшипников должны иметь такие жесткие допуски?
Центровка подшипниковых шеек должна составлять не более 0.006 мм. Расстояние между отверстием и торцом подшипника должно быть не более 0.005 мм. Свободная посадка приводит к износу шестерен и люфту. Это снижает точность и сокращает срок службы соединения.
Что лучше использовать для создания прототипов: станки с ЧПУ или 3D-печать?
Для изготовления металлических прототипов используйте ЧПУ. Они соответствуют жесткости и тепловым характеристикам готовой детали. 3D-печать используйте только для быстрой проверки формы. Результаты испытаний пластика не покажут, как ведет себя реальный корпус шарнира робота.
Какой способ обработки поверхности окажется наиболее эффективным?
Стандартным является твердое анодирование типа III. Оно обеспечивает твердость от 600 до 700 HV. Твердость необработанного сплава 6061-T6 составляет всего 95 HV. Он хорошо противостоит износу и коррозии в заводских условиях. Перед нанесением покрытия производится маскировка отверстий подшипников.
Как проверить, соответствует ли корпус шарнира робота требованиям инспекции?
Координатно-измерительная машина (КИМ) проверяет положение отверстий и их размеры. Сравните результаты с указанными геометрическими допусками и размерами. Формула определения истинного положения показывает, попадает ли каждое отверстие в зону допуска. Также проверьте твердость материала и адгезию покрытия.
Что чаще всего приводит к поломкам корпусов шарниров роботов?
Тепловое расширение — распространённая проблема. Корпус шарнира робота, идеально подходящий для работы при 20°C, может заклинить при 70°C. Неправильная прокладка кабелей также приводит к поломкам. Ослабленные провода застревают, когда детали движутся относительно друг друга.
Можно ли использовать пластик для шарнира промышленного робота?
Пластмассы подходят для коллаборативных роботов с низким крутящим моментом, где важен вес. Полиэфирэфиркетон (PEEK) хорошо выдерживает высокие температуры и воздействие химических веществ. Но для промышленных манипуляторов с высокими нагрузками стандартом по-прежнему остается металл. Жесткость и терморегулирование этого требуют.
Как процесс сборки влияет на работу корпуса шарнира робота?
Предварительная нагрузка подшипника должна быть отрегулирована точно. Слишком большая нагрузка вызывает трение и нагрев. Слишком малая вызывает люфт в шарнире. Измеряйте момент затяжки во время регулировки. Остановитесь, когда значение будет соответствовать спецификации.
