Обработка на станках с ЧПУ шарниров роботов и деталей волновых передач

Обработка на станках с ЧПУ шарниров роботов и деталей волновых передач

Краткий ответ: Шарниры роботов и детали волновых передач обрабатываются на 3-, 4- и 5-осевых фрезерных станках с ЧПУ и прецизионных токарных станках с ЧПУ из алюминия 6061/7075, 42CrMo или нержавеющей стали с соблюдением ±0.005 мм на критических отверстиях и поверхностях. Гибкое колесо, жёсткое колесо и корпус генератора волн должны быть соосны в пределах примерно 0.010–0.020 мм суммарно, чтобы поддерживать низкий мёртвый ход и люфт. BQUQ обрабатывает эти детали на одной фабрике ISO9001 в Дунгуане на четырёх производственных линиях, рассчитывает стоимость за 12 рабочих часов и принимает гибкий минимальный заказ от прототипных количеств.

Почему шарниры роботов — одна из самых сложных задач ЧПУ в автоматизации

Шарнир робота — это редуктор, корпус подшипника, крепление двигателя и структурный путь нагрузки, сжатые в деталь размером с кофейную чашку. Каждая функция конкурирует за одну и ту же толщину стенки. Выходной фланец должен быть достаточно жёстким, чтобы полезная нагрузка 20 кг на вылете 1 м не давала видимого прогиба, но достаточно лёгким, чтобы двигатель запястья мог его ускорять. Посадочные места подшипников должны быть круглыми до нескольких микрон, потому что волновая передача не имеет люфта, за которым можно спрятаться — любая эксцентриситетность напрямую проявляется как ошибка позиционирования в центре инструмента.

Именно поэтому обработка шарниров роботов редко бывает однооперационной работой. Типичный шарнирный узел включает:

• Корпус или оболочку шарнира, несущую перекрёстно-роликовый или тонкостенный подшипник.
• Жёсткое колесо (жёсткое внутреннее зубчатое кольцо), обычно приболченное или запрессованное с натягом в корпус.
• Чашку гибкого колеса, которая упруго деформируется и поэтому должна быть тонкостенной, термообработанной и обработанной без деформации.
• Генератор волн с эллиптическим подшипником и входной ступицей, соединённой шпонкой или зажимом с валом серводвигателя.
• Торцевые крышки, выходные фланцы, переходники двигателя и крышки кабельных трасс, которые задают сборку всей оси.

Каждая из этих деталей имеет свой вид отказа. Корпус отказывает по жёсткости и посадке подшипника. Гибкое колесо — по равномерности толщины стенки и усталости. Генератор волн — по соосности между входным отверстием и эллиптической дорожкой. Механический цех, который гонится только за чистотой поверхности, выпустит шарниры, которые нормально ощущаются на стенде и уходят после 200 часов циклирования.

Какие допуски действительно важны на компоненте волновой передачи

Не каждый размер на чертеже шарнира робота заслуживает ±0.005 мм. Завышение точности увеличивает стоимость без улучшения производительности, и это самая распространённая проблема DFM, которую мы видим на входящих чертежах роботов. Таблица ниже — практическое разделение, которое мы рекомендуем сборщикам автоматизации и коботов.

Урок: тратьте бюджет допусков на два-три элемента, связанных с базой, которые контролируют биение, а всё остальное оставьте свободным. Мы регулярно пересчитываем стоимость чертежа шарнира робота на 20–35% ниже просто за счёт переклассификации некритичных размеров и консолидации баз — то же упражнение описано в наших примерах редизайна DFM.

Стратегия баз важнее значения допуска

Указание ±0.005 мм на отверстии, размер которого задан от трёх разных баз, не поддаётся измерению и часто не поддаётся обработке. На корпусах волновых передач мы подталкиваем заказчиков к единой первичной базе — обычно оси отверстия перекрёстно-роликового подшипника — с привязкой пояска жёсткого колеса и монтажной поверхности двигателя к ней. Это позволяет нам расточить посадочное место подшипника и обточить поясок жёсткого колеса за одну установку или за одну токарную операцию с одной сменой установки, что гораздо надёжнее, чем попадание в одно и то же число на двух отдельных приспособлениях.

Материалы: что указывать для каждой детали шарнира робота

Выбор материала для шарниров роботов определяется соотношением жёсткости к весу, износостойкостью в зубчатом зацеплении и деформацией при термообработке. Вот как сравниваются распространённые варианты для обработанных компонентов шарниров.

Для типичного шарнира 6-осевого кобота алюминий 6061-T6 покрывает корпус, выходной фланец и крышки, а зубчатые элементы — закалённая сталь. Такое сочетание даёт хороший компромисс жёсткости и массы при стоимости, которую могут принять интеграторы автоматизации. Если вам нужна помощь в подборе сплава для конкретного шарнира, на нашей странице услуг ЧПУ-обработки перечислены материалы, которые мы держим на складе и регулярно обрабатываем.

Обработка тонкостенного гибкого колеса

Гибкое колесо — деталь, которая чаще всего идёт не так. Стенка чашки 0.5–1.0 мм на детали диаметром 60–100 мм будет смещаться под давлением патрона, пружинить после разжатия и снова деформироваться при термообработке. Наш подход — черновая обработка с щедрым припуском, снятие напряжений, получистовая, термообработка, затем чистовая обточка на оправке или с мягкими кулачками при низком усилии зажима с проверкой толщины стенки в четырёх квадрантах. Где геометрия позволяет, мы обрабатываем отверстие и наружную стенку за одну установку, чтобы равномерность стенки была в пределах 0.03 мм.

Как BQUQ обрабатывает шарниры роботов: процесс и оборудование

BQUQ управляет четырьмя производственными линиями на одной фабрике в Дунгуане, что означает, что шарнирный узел может переходить от токарной обработки к фрезерной и отделочной, не покидая здания и не ожидая внешнего поставщика. Для работ по шарнирам роботов последовательность обычно выглядит так:

1. Сырьё и снятие напряжений. Пруток или плита, ультразвуковой контроль по запросу для критических стальных заготовок.

2. Токарная обработка с ЧПУ. Отверстия подшипников, пояски жёсткого колеса, канавки уплотнений и резьбовые элементы на прецизионных токарных станках, часто с приводным инструментом для поперечных отверстий. См. наши возможности по токарным деталям с ЧПУ для габаритных ограничений.

3. Фрезерная обработка с ЧПУ. Схемы отверстий, кабельные каналы, монтажные площадки, карманы для облегчения веса и сложная геометрия корпуса на 3-, 4- и 5-осевых станках. Подробности на странице фрезерных деталей с ЧПУ.

4. Термообработка. Передаётся на субподряд под нашим технологическим контролем для закалённых зубчатых элементов; мы обрабатываем с припуском и финишируем после обработки.

5. Отделка. Тонкое растачивание, развёртывание, хонингование или шлифование отверстия, где этого требует допуск, плюс анодирование, черное оксидирование, никелирование или пассивация.

6. Контроль. Отчёты CMM по элементам, связанным с базами, проверки круглости и соосности, полные размерные отчёты по запросу.

Соблюдение ±0.005 мм в производстве, а не только в образце

Первая деталь с ±0.005 мм — это machining-упражнение. Удержание на 500 деталях — это процессное упражнение. Контроли, которые имеют значение, — тепловые: дать деталям стабилизироваться перед чистовым растачиванием, измерять при эталонной температуре 20 °C и поддерживать стабильную температуру СОЖ — плюс повторяемость приспособлений и компенсация износа инструмента на чистовых проходах. Мы регистрируем стойкость инструмента на чистовых операциях и заменяем пластины по счётчику, а не ждём, пока размер уйдёт. Если ваш шарнир имеет стопку допусков, которая работает только когда каждая деталь попадает в номинал, прочитайте наши заметки о размерных цепях перед выпуском чертежа.

Технологичность: пять изменений, снижающих стоимость шарнира робота

Большинство чертежей шарниров роботов, которые мы получаем, можно улучшить, не трогая кинематику. Повторяющиеся выигрыши:

1. Замените глубокие внутренние уступы на открытые отверстия

Посадочное место подшипника с глубоким уступом и маленькой разгрузочной канавкой трудно растачивать и трудно измерять. Расширение разгрузки или переход к сквозному отверстию с отдельным упорным кольцом часто устраняет операцию электроэрозионной обработки или шлифования.

2. Консолидируйте базы

Как выше — одна первичная база, на которую ссылаются последовательно. Это одно снижает количество установок и время контроля.

3. Указывайте чистоту поверхности функционально

Ra 0.4 µm на уплотнительной поверхности оправдано. Ra 0.4 µm на декоративной наружной стенке — нет; Ra 1.6 µm достаточно и обрабатывается примерно вдвое быстрее.

4. Допускайте стандартные размеры резьбы и крепежа

Нестандартные шаги резьбы требуют специального инструмента и замедляют нарезание. Метрическая крупная или мелкая стандартная резьба не стоит ничего дополнительно.

5. Делайте переходы толщины стенки постепенными

Острые внутренние углы на тонких стенках концентрируют напряжения и деформируются при обработке. Щедрый радиус или конический переход улучшают как усталостную долговечность, так и обрабатываемость.

От прототипа до производства: как обычно работает наращивание

Разработчики роботов редко заказывают 5000 шарниров в первый день. Обычный путь — несколько обработанных прототипов для стендовых испытаний, затем небольшая пилотная партия для испытаний у заказчика, затем объём. Поскольку BQUQ запускает прототипы и производство на одном и том же оборудовании, геометрия, прошедшая стендовые испытания, — это геометрия, которая масштабируется — без сюрпризов с переналадкой между образцом и отгрузкой. Срок изготовления простого прототипа корпуса шарнира обычно составляет несколько рабочих дней после выпуска чертежа, с расчётом стоимости в течение 12 рабочих часов. Наша статья о сроках изготовления прототипов разбирает, куда на самом деле уходят дни.

Для пилотных и серийных партий мы предлагаем гибкий минимальный заказ, чтобы вас не вынуждали к обязательству на контейнерную нагрузку до того, как у вашего продукта появится рынок. Оснастка, приспособления и программы контроля, разработанные для прототипа, переносятся, и именно здесь находится большая часть экономии.

Документация по качеству и что запрашивать у поставщика

Для шарниров роботов настаивайте на большем, чем размерный отчёт. Полезный входной пакет включает:

• Отчёт о контроле первой детали с указанием схемы баз.
• Результаты CMM по диаметру отверстия подшипника, круглости и соосности к пояску жёсткого колеса.
• Сертификаты на материалы с прослеживаемостью по номеру плавки.
• Сертификаты на термообработку с твёрдостью и глубиной слоя, где применимо.
• Измерения чистоты поверхности на уплотнительных и подшипниковых поверхностях.
• Проверка толщины анодирования или гальванического покрытия.

BQUQ работает по ISO9001 и выдаёт эти документы как стандарт на программах шарниров роботов. Мы не имеем IATF или ISO 13485 и не будем их заявлять — если ваша программа требует их, сообщите нам заранее, чтобы мы могли честно сказать о соответствии.

Часто задаваемые вопросы

В: Какой допуск вы можете выдержать на отверстии корпуса шарнира робота?

О: На хорошо закреплённом алюминиевом или стальном корпусе мы выдерживаем ±0.005 мм на критических отверстиях и поверхностях, с круглостью около 0.005 мм и соосностью между отверстием подшипника и пояском жёсткого колеса обычно 0.010–0.020 мм. Более жёсткие допуски возможны на конкретных элементах, но это следует обсуждать при расчёте стоимости, потому что это меняет процесс отделки и метод контроля.

В: Можете ли вы обрабатывать чашки гибкого колеса без деформации?

О: Да, с помощью контроля процесса, а не одного трюка. Мы делаем черновую обработку с припуском, снятие напряжений, получистовую, термообработку где требуется, затем чистовую с мягкими кулачками при низком зажиме или на оправке, проверяя толщину стенки в четырёх квадрантах. Равномерность стенки в пределах 0.03 мм достижима на типичных чашках 60–100 мм. Очень тонкие стенки ниже 0.5 мм требуют раннего обсуждения DFM.

В: Какие материалы вы рекомендуете для компонентов волновых передач?

О: Алюминий 6061-T6 или 7075-T6 для корпусов, выходных фланцев и крышек; 42CrMo или SCM440 для жёстких колёс и ступиц генератора волн; 20CrMnTi для гибких колёс, где допустима цементация; нержавеющая сталь 17-4PH для чистых помещений или агрессивных сред. Выбор определяется соотношением жёсткости к весу, износом в зубчатом зацеплении и тем, какую деформацию при термообработке может выдержать геометрия.

В: Каков минимальный заказ на детали шарниров роботов?

О: Мы держим минимальный заказ гибким. Прототипные количества от одной до десяти штук нормальны для разработки шарниров роботов, и мы масштабируем до пилотных партий и серийного производства на том же оборудовании. Поскольку приспособления и программы контроля переносятся с прототипа в производство, стоимость за деталь предсказуемо снижается с ростом количества, а не сбрасывается на каждом этапе.

В: Как быстро я могу получить расчёт стоимости и первую партию?

О: Расчёт стоимости занимает 12 рабочих часов с полного комплекта чертежей — 2D-чертежи с допусками, 3D-модель, материал, отделка и количество. Изготовление прототипа простого корпуса шарнира обычно отгружается в течение нескольких рабочих дней после выпуска чертежа и наличия материала. Сложные узлы с термообработкой и шлифованием добавляют время, и мы указываем это заранее в расчёте.

Связанные ресурсы

• О BQUQ — фабрика ISO9001 в Дунгуане с четырьмя производственными линиями под одной крышей
• Услуги ЧПУ-обработки — фрезерование, точение, отделка и сборка прецизионных компонентов
• Токарные детали с ЧПУ — отверстия подшипников, пояски жёсткого колеса и прецизионные валы
• Фрезерные детали с ЧПУ — 3-, 4- и 5-осевая обработка корпусов шарниров и фланцев
• Технические статьи — допуски, DFM и рекомендации по материалам для деталей роботов и автоматизации
• Отраслевые тенденции — изменения в снабжении и производстве, влияющие на сборщиков автоматизации
• Контакты — отправьте чертежи для расчёта стоимости за 12 рабочих часов

Автор: инженерная команда BQUQ. BQUQ (Дунгуань) выполняет ЧПУ-обработку (±0.005 мм), штамповку металла, изготовление пружин на заказ и производство радиаторов на одной фабрике ISO9001. Прямой источник из Дунгуаня, Китай — расчёт стоимости за 12 часов: sc@bquq.com | WhatsApp +86 13713157787 | www.bquq.com