Các phương pháp phổ biến nhất để chế tạo các bộ phận của cánh tay robot là gia công CNC, DMLS, ép phun, đúc khuôn, đúc chính xác và rèn. Đối với vật liệu robot, bạn sẽ chủ yếu thấy các kim loại như thép không gỉ và titan, nhựa và vật liệu composite. Việc lựa chọn sự kết hợp phù hợp các bộ phận của cánh tay robot phụ thuộc vào độ bền, trọng lượng, chi phí và độ bền lâu dài. Một cánh tay robot dùng cho tự động hóa nặng cần các bộ phận khác với một cánh tay robot dùng cho lắp ráp chính xác. Hướng dẫn này bao gồm các vật liệu, phương pháp sản xuất, các yếu tố lựa chọn và những thách thức thực tế. Bạn sẽ tìm hiểu cách mỗi lựa chọn định hình hệ thống tự động hóa robot, từ đế robot đến bộ phận cuối cùng của cánh tay robot. Mỗi quyết định về các bộ phận của cánh tay robot đều ảnh hưởng đến hiệu suất.
Vật liệu chế tạo các bộ phận của cánh tay robot
Các vật liệu thường dùng trong robot: Nhựa, kim loại, vật liệu composite
Các vật liệu thường dùng trong robot được chia thành ba nhóm: nhựa, kim loại và vật liệu composite. Mỗi nhóm lại có nhiều cấp độ khác nhau. Cấp độ bạn chọn sẽ ảnh hưởng đến độ bền, trọng lượng và chi phí. Các bộ phận của cánh tay robot bao gồm khớp nối, bộ truyền động, cảm biến, đầu cuối và vỏ cấu trúc. Mỗi bộ phận này của cánh tay robot cần một loại vật liệu riêng.
Nhựa kỹ thuật
Nhựa kỹ thuật được sử dụng cho các loại vỏ bọc, vỏ cảm biến và các bộ phận cuối có tải trọng nhẹ. Chúng có độ bền cao, dễ tạo hình và có giá thành thấp hơn so với hầu hết các vật liệu kỹ thuật khác.
Kim loại: Thép không gỉ và Titan
Kim loại đóng vai trò quan trọng trong ngành robot. Thép không gỉ có độ bền cao và khả năng chống gỉ tốt. Titan nhẹ hơn và bền hơn so với trọng lượng của nó. Nó cũng có khả năng chống gỉ. Hai loại kim loại này xuất hiện trong các bộ truyền động, trục truyền động và vỏ khớp nối. Các hợp kim khác cũng rất quan trọng. Bảng dưới đây so sánh một số kim loại phổ biến trong ngành robot.
| Chỉ định vật liệu | Mật độ (g / cm³) | Sức mạnh năng suất (MPa) | Ứng dụng robot chính |
| Nhôm Al7075-T6 | 2.81 | 503 | Giá đỡ kết cấu chịu lực cao, giá gắn liên kết |
| Magiê AZ91D | 1.81 | 150 | Các khớp nối cánh tay robot trọng lượng nhẹ, tấm vỏ |
| Thép AISI 4140 | 7.85 | 655 | Trục truyền động chịu tải nặng, hộp số hành tinh |
Đối với các bộ truyền động có độ chính xác cao, hai hợp kim khác thường được sử dụng. Hợp kim AlSi10Mg in tốt và có đặc tính cân bằng. Hợp kim A6061 có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng rất cao và dễ gia công.
| Hợp kim | Điểm mạnh chính | Sở thích điển hình trong lĩnh vực robot |
| AlSi10Mg | Khả năng in ấn tuyệt vời, các đặc tính tổng thể tốt, độ dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn, độ bền mỏi tốt. | Được ưa chuộng khi khả năng in ấn và các đặc tính cân bằng là yếu tố quan trọng. |
| A6061 | Độ bền trên trọng lượng rất cao (có thể được cải thiện bằng xử lý nhiệt), khả năng gia công tốt, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền mỏi tốt. | Được lựa chọn khi sức mạnh tối đa là yếu tố quyết định. |
Vật liệu composite: Polyme gia cường bằng sợi carbon
Vật liệu polymer gia cường bằng sợi carbon (CFRP) có độ cứng cao nhưng trọng lượng nhẹ. Nó hoạt động khác với kim loại. Các đặc tính của nó phụ thuộc vào hướng của sợi. Đặc tính đó được gọi là tính dị hướng. Dưới đây là so sánh giữa CFRP và nhôm 6061.
| Bất động sản | Hợp chất sợi carbon (CFRP) | Nhôm 6061 |
| Tỉ trọng | ~1.5–1.7 g/cm³ | ~2.70 g/cm³ |
| Mô đun đàn hồi | Phụ thuộc vào hướng | ~69 GPa |
| Sức căng | Phụ thuộc vào hướng | ~300 MPa (đại diện) |
| Mở rộng nhiệt | Tùy thuộc vào hướng, thường thấp dọc theo sợi. | ~23 ppm/K |
| Hành vi vật chất | Anisotropic | Gần như đẳng hướng |
| Hành vi ăn mòn | Nhìn chung, chất liệu CFRP rất tốt. | Tốt nhưng có thể cần thêm lớp bảo vệ bề mặt. |
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí IEEE Access đã tập trung điều tra cấu trúc cánh tay robot lai sử dụng nhựa gia cường sợi carbon và hợp kim nhôm. Các nhà nghiên cứu đã báo cáo một nguyên mẫu được kiểm chứng với mức giảm khối lượng 24.32% so với thiết kế tham chiếu bằng hợp kim nhôm.
Thuộc tính và ứng dụng
Độ bền, trọng lượng và khả năng chống ăn mòn
Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng là yếu tố quyết định hầu hết việc lựa chọn vật liệu. Một cánh tay robot nhẹ hơn sẽ di chuyển nhanh hơn và cần ít năng lượng hơn. Khả năng chống ăn mòn rất quan trọng trong môi trường ẩm ướt hoặc hóa chất. Thép không gỉ và titan có khả năng chống ăn mòn tốt. Nhôm cần được bảo vệ bề mặt trong một số môi trường. Vật liệu CFRP tự chống ăn mòn.
Vị trí lắp đặt của từng loại vật liệu trong các bộ phận của cánh tay robot
Kim loại được sử dụng ở những nơi chịu tải trọng cao. Ví dụ như hộp số, trục truyền động và vỏ khớp nối. Nhựa phù hợp với các tấm che, dẫn hướng cáp và giá đỡ đèn. Vật liệu composite nổi bật ở các thanh nối dài và ống kết cấu. Thiết kế kết hợp thường mang lại hiệu quả tốt hơn. Một nghiên cứu cho thấy vật liệu composite sợi carbon nhẹ hơn nhôm 42% và nhẹ hơn thép gấp ba lần. Điều đó khiến chúng trở thành lựa chọn tốt nhất cho cả hai loại vật liệu trong các cấu trúc cần giảm trọng lượng tối đa. Các lợi ích được báo cáo bao gồm:
- Nhẹ hơn nhôm 42%
- Độ cứng tăng 30%.
- Khả năng chịu tải lớn hơn của các bộ phận cánh tay robot
- Tốc độ hoạt động cao hơn của các bộ phận cánh tay robot
- Độ bền cao hơn/tuổi thọ dài hơn
Những hạn chế của từng loại vật liệu
Chi phí, khả năng gia công và các yếu tố môi trường
Titan đắt hơn thép và gia công chậm. Vật liệu composite sợi carbon (CFRP) cần dụng cụ chuyên dụng và quy trình xếp lớp cẩn thận. Nhựa rẻ và dễ đúc. Chúng mềm ở nhiệt độ thấp hơn. Kim loại trong robot chịu nhiệt tốt hơn nhiều. Quá trình tái chế cũng khác nhau. Kim loại tái chế sạch sẽ. Nhiều vật liệu composite thì không.
Khi nào nên tránh sử dụng nhựa hoặc vật liệu tổng hợp?
Nên tránh sử dụng nhựa cho các mối nối chịu tải trọng cao hoặc môi trường nóng. Chúng dễ bị biến dạng dẻo dưới ứng suất liên tục. Tránh sử dụng vật liệu composite khi cần tính chất đẳng hướng hoặc sản xuất hàng loạt với chi phí thấp. Chúng cũng dễ bị mài mòn. Đối với robot trong quá trình chà nhám hoặc gia công kim loại, các bộ phận tay robot bằng kim loại thường bền hơn. Đối với robot y tế hoặc robot phòng sạch, vỏ nhựa trơn có thể là lựa chọn tốt hơn.
Quy trình sản xuất các bộ phận của cánh tay robot
Gia công CNC và DMLS là những phương pháp chính để chế tạo các bộ phận kim loại. Đối với nhựa, ép phun là phương pháp phổ biến. Các bộ phận truyền động như hộp số hầu như luôn được gia công bằng máy CNC. Quy trình bạn chọn sẽ quyết định chi phí, độ bền và độ chính xác cuối cùng. Mỗi phương pháp phù hợp với một tập hợp nhu cầu cụ thể trong robot hiện đại. DMLS hoạt động tốt đối với các hình dạng phức tạp với các chi tiết bên trong mà CNC không thể tiếp cận. Ép phun là lựa chọn hàng đầu cho các bộ phận nhựa sản xuất hàng loạt cho cánh tay robot.
Rèn để chế tạo các bộ phận có độ bền cao
Rèn là một quy trình sản xuất có thể được sử dụng cho các bộ phận có độ bền cao. Nó bao gồm việc tạo hình kim loại bằng lực nén. Quy trình này có thể mang lại lợi ích cho các bộ phận của cánh tay robot đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống mỏi.
Đúc khuôn và đúc mẫu
Đúc khuôn và đúc mẫu tạo ra các hình dạng phức tạp với độ lặp lại tốt. Các quy trình này phổ biến cho vỏ, giá đỡ và các bộ phận đầu cuối trong robot. Chúng hoạt động tốt với nhiều vật liệu kỹ thuật. Đúc khuôn ép kim loại nóng chảy vào khuôn thép dưới áp suất cao. Đúc mẫu sử dụng một khuôn sáp sẽ bị đốt cháy. Cả hai phương pháp đều có thể tạo ra các chi tiết khó gia công.
Đúc khuôn nhôm và kẽm
Đúc khuôn nhôm tạo ra các bộ phận chắc chắn, nhẹ. Nó có thể xử lý các hình dạng phức tạp và thành mỏng đến khoảng 1 mm. Đúc khuôn kẽm rẻ hơn và dễ đúc hơn với độ chi tiết cao. Nhưng kẽm nặng hơn và kém cứng hơn. Đối với vỏ robot và các giá đỡ kết cấu, nhôm là lựa chọn tốt hơn. Kẽm hoạt động tốt cho các bộ phận nhỏ hơn của cánh tay robot như giá đỡ cảm biến và dẫn hướng cáp.
Đúc khuôn đầu tư cho các hình dạng phức tạp
Đúc khuôn mẫu sử dụng một khuôn sáp được phủ một lớp hỗn hợp gốm. Sáp tan chảy, tạo thành một khoang rỗng. Kim loại nóng chảy sẽ lấp đầy khoang rỗng đó. Phương pháp này tạo ra các hình dạng rất chi tiết với bề mặt nhẵn mịn. Bảng dưới đây hiển thị độ dày thành tối thiểu cho các hợp kim khác nhau trong nhóm vật liệu này.
| Hợp kim Loại | Độ dày thành tối thiểu (đối với các tiết diện nhỏ) | Độ dày thành tối thiểu (đối với các tiết diện lớn) |
| Hợp kim nhôm | 1.0 mm | 2.0 mm |
| Thép không gỉ | 1.5 mm | 2.5 mm |
| Hợp kim titan | 2.0 mm | 3.0 mm |
| Siêu hợp kim niken | 1.25 mm | 2.3 mm |
| Hợp kim dựa trên coban | 1.5 mm | 2.5 mm |
| Hợp kim gốc đồng | 1.25 mm | 2.0 mm |
Không có độ dày thành tối thiểu cố định nào cho mọi dự án. Một số nhà cung cấp cho rằng 2 mm đến 3 mm là mức cơ bản. Giới hạn thực tế phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và độ chảy của hợp kim của chi tiết. Bạn cần kiểm tra mô hình 3D cụ thể để biết độ dày tối thiểu an toàn. Đối với các bộ phận phức tạp của cánh tay robot, phương pháp đúc khuôn mẫu giúp giảm thiểu công đoạn gia công sau so với các phương pháp sản xuất khác. Quy trình này lý tưởng cho các bộ phận chính xác trong hệ thống tự động hóa và robot. Nó có thể sản xuất các bộ phận cánh tay robot có các đường rãnh và đường dẫn bên trong mà các quy trình khác không thể thực hiện được.
Cân nhắc về độ hoàn thiện bề mặt và dung sai
Độ nhám bề mặt của khớp nối các bộ phận cánh tay robot ảnh hưởng đến chuyển động và tuổi thọ. Độ nhám phù hợp có nghĩa là vòng ngoài của ổ bi tiếp xúc hoàn toàn với đế ổ bi. Bảng dưới đây cho thấy các giá trị độ nhám điển hình cho các đặc điểm khác nhau trong các bộ phận cánh tay robot. Mỗi giá trị đều có mục đích riêng. Đế ổ bi cần có độ nhám rất mịn để tránh các điểm ứng suất. Bề mặt vỏ bọc bên ngoài có thể nhám hơn vì nó không chịu tải.
| Tính năng | Độ nhám bề mặt điển hình (Ra) |
| Ghế đệm | 0.4–0.8μm |
| Giao diện truyền động hài hòa | 0.8–1.6μm |
| Bề mặt lắp đặt servo | 1.6 μm |
| Bề mặt vỏ mỹ phẩm | 1.6–3.2μm |
| Các tính năng nội bộ không quan trọng | 3.2 μm |
Bề mặt có độ nhám Ra 0.4 μm trên trục ổ đỡ giúp lớp phủ MoS₂ bám dính tốt. Độ nhám này hỗ trợ việc phủ màng đồng đều và độ bám dính tốt. Khi bề mặt quá nhám, diện tích tiếp xúc giảm. Các điểm chịu ứng suất cao xuất hiện và có thể gây ra hiện tượng mài mòn vi mô sau hàng triệu chu kỳ. Điều đó làm giảm hiệu suất. Sự khác biệt giữa 0.4 μm và 3.2 μm chính là sự khác biệt giữa một khớp nối hoạt động trơn tru trong nhiều năm và một khớp nối bị mòn sớm.
Đạt được sự thẳng hàng khớp lặp lại
Sự thẳng hàng của các khớp nối phụ thuộc vào dung sai chặt chẽ và độ hoàn thiện chính xác. Bề mặt ổ trục cần có độ nhám Ra từ 0.4–0.8 μm để định vị chính xác vòng ngoài. Thợ gia công sử dụng tốc độ tiến dao nhỏ và tốc độ chậm để đạt được các giá trị này. Bề mặt thô ráp hơn sẽ làm cho ổ trục bị dịch chuyển dưới tải trọng. Sự sai lệch đó dẫn đến mài mòn và giảm độ chính xác. Đối với một robot lặp lại cùng một đường đi hàng nghìn lần, điều này rất quan trọng. Ngay cả một sự sai lệch nhỏ cũng sẽ tích lũy dần qua nhiều chu kỳ.
Đo lường và Kiểm soát chất lượng
Kiểm soát chất lượng trong sản xuất linh kiện cánh tay robot sử dụng máy đo tọa độ (CMM) và máy đo độ phẳng bề mặt. CMM kiểm tra vị trí lỗ và độ phẳng bề mặt. Máy đo độ phẳng đo giá trị Ra thực tế. Các công cụ này xác minh mọi kích thước đều nằm trong phạm vi cho phép. Quá trình kiểm tra phát hiện lỗi trước khi lắp ráp. Một bộ phận có độ hoàn thiện sai hoặc lỗ không đạt dung sai sẽ bị loại bỏ. Điều đó giúp tiết kiệm thời gian và đảm bảo độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng. Đối với robot y tế hoặc hệ thống tự động hóa phòng sạch, mức độ chất lượng này là vô cùng quan trọng.
Các yếu tố cần cân nhắc khi thiết kế các bộ phận của cánh tay robot
Thiết kế tốt bắt đầu từ nhiệm vụ mà cánh tay robot phải thực hiện. Bộ truyền động điều khiển mọi khớp. Động cơ điện phù hợp với công việc sạch sẽ, chính xác. Xi lanh khí nén hoạt động nhanh và tiết kiệm chi phí. Bộ phận thủy lực mang tải trọng lớn. Mỗi loại lại làm thay đổi lựa chọn vật liệu cho các bộ phận cánh tay robot gần đó. Bộ truyền động thủy lực cần gioăng và vỏ chịu được chất lỏng và áp suất. Bộ truyền động điện cần đường dẫn nhiệt và khung nhẹ. Các bộ phận cuối cũng khác nhau. Kẹp, máy phun và máy khoan tiếp xúc với vật thể theo những cách khác nhau. Kẹp cần hàm chắc chắn, nhẹ. Máy phun cần thân máy chịu được hóa chất. Máy khoan cần giá đỡ cứng cáp, chống mài mòn. Những nhu cầu này định hình mọi quyết định về các bộ phận của cánh tay robot.
Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng
Vì sao dung lượng tải trọng lại phụ thuộc vào điều đó?
Khả năng chịu tải giảm khi khối lượng cánh tay robot tăng lên. Mỗi kilogram trong cánh tay robot là một kilogram mà động cơ phải di chuyển. Một cẳng tay nặng sẽ làm giảm khả năng chịu tải của cổ tay. Đó là lý do tại sao các kỹ sư robot luôn hướng đến độ cứng mà không làm tăng trọng lượng. Các khớp nối nhẹ hơn đồng nghĩa với chuyển động nhanh hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn. Đối với các cánh tay robot công nghiệp hoạt động cả ngày, điều này giúp tiết kiệm chi phí đáng kể.
Lựa chọn vật liệu và hình dạng
Các kim loại như nhôm và titan có độ bền cao trên mỗi kilogram. Vật liệu composite còn vượt trội hơn nữa. Một nghiên cứu của IEEE Access đã giảm khối lượng tay đòn xuống 24.32% bằng cách sử dụng vật liệu lai giữa sợi carbon và nhôm. Hình dạng hình học cũng quan trọng không kém. Các gân, phần rỗng và các khớp nối thon giúp loại bỏ trọng lượng thừa. Một bộ phận được thiết kế tốt thường hiệu quả hơn nhiều so với một vật liệu cao cấp.
Trình điều khiển chi phí
Chi phí nguyên liệu thô
Titan có giá cao hơn nhiều so với thép. Vật liệu composite sợi carbon còn đắt hơn nữa. Nhựa vẫn rẻ. Giá nguyên liệu thô quyết định giá sàn cho bất kỳ báo giá nào. Người mua nên lựa chọn vật liệu phù hợp với khối lượng hàng hóa, chứ không phải theo thói quen.
Ảnh hưởng của công cụ, lao động và khối lượng sản xuất
Khuôn dập và khuôn ép phun đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu đáng kể. Chi phí đó chỉ được bù đắp khi sản xuất với số lượng lớn. Sản xuất số lượng nhỏ thường ưu tiên gia công CNC, giúp bỏ qua công đoạn chế tạo khuôn mẫu. Chi phí nhân công tăng nhanh đối với các bộ phận được hoàn thiện thủ công bằng cánh tay robot. Sản xuất số lượng lớn giúp phân bổ chi phí chế tạo khuôn mẫu cho nhiều sản phẩm và giảm giá thành đơn vị.
Độ bền và độ mài mòn
Khả năng chống mỏi và xử lý bề mặt
Việc sử dụng tải trọng luân phiên gây ra các vết nứt do mỏi theo thời gian. Xử lý bề mặt giúp kim loại chống lại hiện tượng này. Nhôm vốn mềm. Quá trình anot hóa cứng loại III khắc phục được nhược điểm đó. Nó tạo ra một lớp oxit giống gốm dày 40–60 µm, gắn liền với chi tiết. Độ cứng bề mặt đạt trên 60 HRC. Điều này vượt trội hơn hẳn so với nhôm chưa qua xử lý.
| Điều Kiện Bề MẶT | Độ cứng bề mặt | Hao mòn điện trở |
| Nhôm chưa qua xử lý | Bề mặt khối mềm | Vết xước do ma sát và bụi bẩn |
| Loại III cứng anodized | Hơn 60 HRC | Khả năng chống trầy xước và mài mòn vượt trội |
Việc tẩm PTFE làm giảm ma sát hơn nữa, cho phép các bạc lót hoạt động mà không cần tiếp xúc với không khí.
Các yếu tố môi trường và sự ăn mòn
Độ ẩm, hóa chất và bụi bẩn đều tấn công các bộ phận của cánh tay robot. Thép không gỉ và titan có khả năng chống ăn mòn tốt. Nhôm cần được phủ lớp bảo vệ trong môi trường ẩm ướt. Vật liệu composite chống gỉ nhưng bị mài mòn. Các ứng dụng thực tế chứng minh điều này. Chà nhám, gia công gỗ và gia công kim loại gây áp lực lớn lên các bề mặt trượt. Xếp chồng pallet và xử lý bề mặt đòi hỏi các khớp nối nhẹ và cứng. Robot y tế và robot phòng sạch yêu cầu vỏ bọc nhẵn và dễ lau chùi. Chọn vật liệu phù hợp với môi trường, và độ bền sẽ được đảm bảo.
Lựa chọn vật liệu và quy trình cho các bộ phận của cánh tay robot
Việc lựa chọn sự kết hợp phù hợp cho các thành phần của cánh tay robot có nghĩa là phải cân nhắc giữa nhu cầu của bạn và khả năng của từng lựa chọn. Hướng dẫn lựa chọn vật liệu có thể giúp bạn trong việc này. Bạn cần so sánh độ bền, trọng lượng, chi phí và độ chắc chắn với nhiệm vụ mà cánh tay robot phải thực hiện.
Vật liệu phù hợp với ứng dụng
Robot tốc độ cao so với robot tải trọng cao
Robot tốc độ cao cần các khớp nối nhẹ. Vật liệu composite sợi carbon và nhôm là lựa chọn tốt nhất. Chúng làm giảm quán tính và cho phép động cơ quay nhanh hơn. Robot tải trọng lớn cần độ cứng và sức mạnh cao hơn. Thép và titan có thể chịu tải nặng mà không bị uốn cong. Sự lựa chọn của bạn sẽ ảnh hưởng đến thời gian chu kỳ và lượng năng lượng mà robot sử dụng.
Yêu cầu về phòng sạch và an toàn thực phẩm
Robot trong phòng sạch đòi hỏi bề mặt nhẵn, không xốp. Thép không gỉ ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn. Chế biến thực phẩm đặt ra thêm một lớp quy định nữa. Thép không gỉ chịu được axit thực phẩm và hóa chất tẩy rửa mà không bị gỉ sét. Các polyme đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm hoạt động tốt cho các bộ phận cuối tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm. Chất bôi trơn đạt chứng nhận NSF H1 được yêu cầu ở bất cứ nơi nào có thể xảy ra tiếp xúc ngẫu nhiên. Những vật liệu này giúp giữ an toàn cho các thiết bị y tế và hệ thống thực phẩm.
Điều chỉnh quy trình phù hợp với khối lượng sản xuất
Tạo mẫu thử so với sản xuất số lượng nhỏ
Đối với các nguyên mẫu, gia công CNC và DMLS mang lại tốc độ mà không tốn chi phí dụng cụ. DMLS có thể tạo ra các kênh bên trong phức tạp mà các dụng cụ cắt không thể tiếp cận. Gia công CNC duy trì dung sai chặt chẽ cho các giao diện quan trọng. Một phương pháp kết hợp hoạt động tốt trong trường hợp này. In hình dạng gần như hoàn chỉnh, sau đó gia công các đế ổ trục và ren với độ chính xác ±0.005 mm. Điều này kết hợp sự tự do thiết kế với độ chính xác.
Kinh tế sản xuất hàng loạt
Sản xuất số lượng lớn thường ưu tiên ép phun đối với nhựa và đúc khuôn đối với kim loại. Chi phí dụng cụ được phân bổ trên hàng nghìn sản phẩm. Giá thành đơn vị giảm nhanh chóng. Đối với số lượng từ 10 đến 2,000 sản phẩm, gia công CNC thường tiết kiệm chi phí và năng suất hơn. Vượt quá con số đó, việc sử dụng dụng cụ chuyên dụng sẽ mang lại hiệu quả cao hơn.
Kiểm tra và xác nhận
Phương pháp thử nghiệm cơ học
Việc thử nghiệm cho thấy thiết kế có hiệu quả hay không. Thử nghiệm độ bền kéo kiểm tra độ chắc chắn. Thử nghiệm độ bền mỏi mô phỏng hàng triệu chu kỳ. Thử nghiệm độ cứng xác nhận các phương pháp xử lý bề mặt. Những phương pháp này giúp tìm ra các điểm yếu trước khi bắt đầu sản xuất.
Kiểm thử chu kỳ thực tế
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm không thể mô phỏng mọi điều kiện. Ứng dụng thực tế khiến các bộ phận của cánh tay robot phải tiếp xúc với bụi bẩn, độ ẩm và rung động. Chà nhám và gia công gỗ gây áp lực lên các bề mặt trượt. Xếp chồng pallet lại cần các khớp nối cứng cáp và nhẹ. Cho cánh tay robot thực hiện các chuyển động thực tế. Đo độ mài mòn và độ thẳng hàng theo thời gian. Điều này chứng minh thiết kế hoạt động hiệu quả cho các hệ thống tự động hóa hoạt động cả ngày.
| Đơn đăng ký / Yêu cầu | Phương pháp được đề xuất | Lựa chọn vật liệu | Sự khoan dung có thể đạt được |
| Khối chất lỏng chính xác | Phay CNC 5 trục | Al6061-T6 | ± 0.010 mm |
| Các kênh nội bộ phức tạp | DML | Thép dụng cụ 1.2709 | ± 0.008 mm |
| Bản mô phỏng trực quan | In 3D SLA | Nhựa UV-Curable | ± 0.15 mm |
Chuyên môn về linh kiện cánh tay robot của NOBLE
Các đối tác sản xuất cần có khả năng xử lý nhiều quy trình khác nhau, bao gồm gia công CNC, DMLS, ép phun và đúc các bộ phận cho cánh tay robot. Họ cũng cần có các biện pháp kiểm soát chất lượng hiệu quả.
Nhựa, kim loại và vật liệu composite đều có vai trò riêng trong lĩnh vực robot. Kim loại chịu được tải trọng nặng. Nhựa giúp các bộ phận của cánh tay robot nhẹ và rẻ. Vật liệu composite mang lại độ cứng cao cho các khớp nối, nơi trọng lượng là yếu tố quan trọng nhất. Sự lựa chọn tốt nhất phụ thuộc vào độ bền, trọng lượng, chi phí và độ bền lâu dài. Quy trình sản xuất cũng rất quan trọng. Gia công CNC cho phép dung sai chặt chẽ cho các khớp nối. DMLS tạo ra các kênh bên trong phức tạp. Đúc khuôn và đúc đầu tư xử lý các vỏ phức tạp. Rèn có thể được sử dụng cho các bộ phận có độ bền cao. Một đối tác sản xuất lành nghề sẽ giúp bạn lựa chọn sự kết hợp phù hợp. Họ làm việc với cả kim loại và nhựa. Điều đó giúp giảm rủi ro và nâng cao chất lượng. Trong tương lai, các quy trình lai và vật liệu mới sẽ tiếp tục mở rộng khả năng của cánh tay robot. Sự kết hợp tốt hơn có nghĩa là cánh tay nhẹ hơn, chu kỳ nhanh hơn và các ứng dụng mới trong các lĩnh vực như tự động hóa y tế.
Câu hỏi thường gặp về các thành phần của cánh tay robot
Những vật liệu nào là tốt nhất cho các bộ phận của cánh tay robot?
Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể. Các kim loại như thép và titan có thể chịu được tải trọng lớn. Nhựa phù hợp với vỏ bọc và khung cảm biến. Các polyme gia cường sợi carbon thích hợp cho các khớp nối dài, nơi trọng lượng là yếu tố quan trọng nhất. Cần lựa chọn vật liệu phù hợp với các yêu cầu về độ bền, trọng lượng, chi phí và độ bền tổng thể.
Tôi nên chọn quy trình sản xuất nào?
Gia công CNC và DMLS xử lý các chi tiết kim loại có dung sai chặt chẽ. Ép phun thích hợp cho các chi tiết nhựa. Đúc tạo hình các vỏ phức tạp. Rèn có thể được sử dụng cho các bộ phận cánh tay robot có độ bền cao. Khối lượng sản xuất và hình dạng hình học của chi tiết sẽ quyết định phương pháp nào phù hợp nhất.
Khi nào gia công CNC tốt hơn in 3D?
Công nghệ CNC vượt trội về dung sai chặt chẽ và bề mặt nhẵn mịn. Nó giữ được độ nhám bề mặt của các ổ đỡ ở mức Ra 0.4–0.8 μm. Công nghệ DMLS nổi bật ở các kênh bên trong phức tạp mà các dụng cụ cắt không thể tiếp cận. Một phương pháp kết hợp hoạt động tốt: in hình dạng gần như hoàn chỉnh, sau đó gia công các giao diện quan trọng với độ chính xác ±0.005 mm.
Tôi nên chọn giữa nhựa và kim loại như thế nào?
Chọn nhựa cho các tải trọng nhẹ, vỏ bọc và các thiết bị trong phòng sạch. Chúng có giá thành thấp hơn và dễ tạo hình. Tránh sử dụng chúng cho các điểm nóng hoặc các mối nối chịu tải cao, vì chúng bị biến dạng dưới ứng suất liên tục. Kim loại chịu nhiệt, mài mòn và chu kỳ tải nặng tốt hơn nhiều. Vật liệu composite phù hợp với các mối nối cần chịu tải trọng lớn.
Điều gì quyết định giá thành các linh kiện của cánh tay robot?
Nguyên liệu thô là yếu tố quyết định giá sàn. Titan và sợi carbon có giá cao hơn thép hoặc nhựa. Chi phí chế tạo khuôn mẫu, bao gồm khuôn rèn và khuôn ép phun, là một khoản đầu tư đáng kể. Chi phí này sẽ được bù đắp khi sản xuất với số lượng lớn. Sản xuất số lượng nhỏ thường ưu tiên gia công CNC, vì phương pháp này bỏ qua hoàn toàn khâu chế tạo khuôn mẫu.
Tại sao độ hoàn thiện bề mặt lại quan trọng đến vậy?
Bề mặt nhẵn giúp vòng bi khớp đúng vị trí. Bề mặt thô ráp làm giảm diện tích tiếp xúc và tạo ra các điểm ứng suất. Những điểm này gây ra hiện tượng mài mòn vi mô sau hàng triệu chu kỳ. Khoảng cách giữa độ nhám bề mặt Ra 0.4 μm và Ra 3.2 μm quyết định liệu khớp nối có hoạt động trơn tru trong nhiều năm hay bị mòn sớm.
Tôi cần kiểm tra các bộ phận của cánh tay robot như thế nào trước khi sản xuất hàng loạt?
Trước tiên hãy tiến hành các thử nghiệm cơ học, sau đó mô phỏng việc sử dụng thực tế. Chà nhám và gia công gỗ sẽ gây áp lực lớn lên các bề mặt trượt. Xếp chồng pallet sẽ cần đến các khớp nối cứng cáp và nhẹ. Đo độ mài mòn và độ thẳng hàng theo thời gian. Điều này chứng minh thiết kế hoạt động hiệu quả đối với các hệ thống tự động hóa vận hành cả ngày.
Tôi nên tìm kiếm những gì ở một đối tác sản xuất?
Hãy tìm một đối tác có kinh nghiệm trong cả gia công kim loại và nhựa. Kiểm tra các chứng nhận chất lượng liên quan. Hỏi về hỗ trợ thiết kế, lắp ráp và thử nghiệm. Một đối tác bao quát toàn bộ quy trình từ thiết kế đến giao hàng sẽ giảm thiểu rủi ro cho bạn. Điều này rất quan trọng trong lĩnh vực robot, nơi mà mọi bộ phận đều ảnh hưởng đến toàn bộ cánh tay robot.
