Gia công CNC cho robot - Từ các bộ phận riêng lẻ đến độ chính xác ở cấp độ hệ thống

Vỏ có thể vượt qua quá trình kiểm tra kích thước nhưng vẫn gây khó khăn cho việc lắp ráp nếu lỗ ổ trục của nó không thẳng hàng với chuẩn lắp đặt. Một mắt xích nhẹ có thể đáp ứng được kích thước bản vẽ nhưng bị uốn cong quá mức khi tăng tốc. Giá đỡ cảm biến có thể chính xác về mặt trực quan nhưng vẫn dịch chuyển trục cảm biến đủ để ảnh hưởng đến việc hiệu chuẩn. Do đó, câu hỏi quan trọng không chỉ là “Tính năng này có thể gia công được không?” Đó là “Tính năng này điều khiển cái gì trong robot đã lắp ráp?” Các mối quan hệ hệ thống điển hình:  Căn chỉnh trục khớp ảnh hưởng đến độ mượt của chuyển động, tải trọng ổ trục và tuổi thọ hộp số.  Các mặt lắp động cơ và hộp số ảnh hưởng đến độ đồng tâm và truyền mô men xoắn.  Vị trí cảm biến và độ cứng của khung ảnh hưởng đến hiệu chuẩn và độ lặp lại.  Độ cứng của kết cấu ảnh hưởng đến độ võng dưới tải trọng, gia tốc và va đập.  Các tuyến cáp, vùng đất bịt kín và khoảng trống dịch vụ ảnh hưởng đến độ tin cậy sau khi lắp ráp.

Sự kết hợp thành phần chính xác phụ thuộc vào việc sản phẩm là robot công nghiệp, cobot, robot di động tự động, bệ kiểm tra, robot y tế hay hệ thống hình người. Tuy nhiên, một số họ bộ phận xuất hiện nhiều lần.

Một bản vẽ có thể chứa nhiều kích thước ±0,01 mm và vẫn không thể hiện được vị trí của bộ phận đó trong robot. Một cấu trúc dữ liệu rõ ràng thường có giá trị hơn việc thắt chặt mọi tính năng. Dữ liệu sơ cấp, thứ cấp và thứ ba phải thể hiện cách thành phần bị ràng buộc trong quá trình lắp ráp. Sau đó, vị trí của lỗ ổ trục, lỗ định vị, giao diện bánh răng và giá đỡ cảm biến có thể được kiểm soát tương ứng với các mốc chức năng đó. Câu hỏi ôn tập bản vẽ:  Bề mặt nào thiết lập chi tiết trong quá trình lắp ráp cuối cùng?  Lỗ nào định vị linh kiện và lỗ nào chỉ cung cấp khe hở?  Hai lỗ khoan phải đồng trục, hay việc kiểm soát kích thước độc lập có đủ không?  Tính năng cảm biến có yêu cầu định hướng góc với trục khớp không?  Dữ liệu đã chọn có thể được truy cập và sao chép trong quá trình gia công và kiểm tra không? Trong trường hợp một thiết lập có thể đạt được nhiều tính năng quan trọng, gia công bốn trục hoặc năm trục có thể làm giảm lỗi thiết lập và truyền mốc. Nó không tự động làm cho mọi phần trở nên chính xác hơn; lợi ích phụ thuộc vào khả năng giữ công việc, tình trạng máy, khả năng tiếp cận công cụ, thăm dò và mối quan hệ được kiểm soát.

Các nhà thiết kế robot thường loại bỏ vật liệu để giảm khối lượng chuyển động. Khối lượng thấp hơn có thể làm giảm nhu cầu của bộ truyền động và cải thiện phản ứng động, nhưng các túi sâu, gân và thành mỏng có thể làm cho bộ phận này nhạy hơn với lực kẹp, nhiệt cắt, độ rung và giải phóng ứng suất dư. Chiến lược gia công  Sử dụng gia công thô cân bằng nếu có thể thay vì loại bỏ hầu hết vật liệu từ một phía cùng một lúc.  Để lại tài liệu hỗ trợ tạm thời xung quanh các tính năng linh hoạt cho đến giai đoạn cuối của quy trình.  Kiểm soát lực kẹp và đỡ các chi tiết gần vùng cắt.  Cho phép ổn định giữa gia công thô và hoàn thiện khi rủi ro về hình học và vật liệu cho phép điều đó.  Hoàn thiện các mốc chức năng và các lỗ khoan liên quan theo trình tự duy trì mối quan hệ của chúng. Độ dày của tường không nên được coi là một quyết định hoàn toàn về mặt thẩm mỹ hoặc trọng lượng. Độ cứng cục bộ xung quanh vòng bi, hạt dao có ren, ốc vít và đường tải trọng va đập có thể quan trọng hơn độ dày thành trung bình của bộ phận.

Ghế chịu lực được xác định bởi nhiều hơn đường kính lỗ khoan. Độ tròn, hình trụ, độ hoàn thiện bề mặt, hình dạng vai, độ đồng trục và tình trạng của trục giao tiếp hoặc vỏ đều có thể ảnh hưởng đến việc lắp ráp và hiệu suất. Sự phù hợp chính xác phụ thuộc vào hướng tải, độ quay, nhiệt độ, vật liệu, thiết kế ổ trục và phương pháp lắp ráp. Nhà cung cấp gia công không nên đoán sự phù hợp với máy ép chỉ từ kích thước bộ phận. Các cấp độ phù hợp, độ hoàn thiện bề mặt quan trọng và các điều kiện đo lường phải được thống nhất trước khi sản xuất. Rủi ro thường gặp  Lỗ khoan đo chính xác ở một phần nhưng bị côn hoặc không tròn.  Hai ghế chịu lực nằm trong dung sai kích thước nhưng không đồng trục.  Anodizing hoặc lớp phủ khác làm thay đổi độ khít hiệu quả.  Vỏ mỏng bị biến dạng trong quá trình kẹp hoặc sau khi lắp ổ trục.  Vai hoặc chi tiết giữ không vuông góc với trục quay.

Hợp kim nhôm phổ biến cho các cấu trúc và vỏ robot vì chúng kết hợp mật độ thấp, khả năng gia công và tính dẫn nhiệt hữu ích. Thép và thép không gỉ có thể được chọn cho trục, vị trí mài mòn, bề mặt chịu tải cao hoặc khả năng chống ăn mòn. Titan có thể cung cấp cường độ riêng cao khi khối lượng là quan trọng, trong khi nhựa kỹ thuật có thể được sử dụng để cách điện, dẫn hướng ma sát thấp, vỏ và các bộ phận chống mài mòn. Tình trạng vật liệu phải được xác định rõ ràng như tên vật liệu. Nhiệt độ, xử lý nhiệt, gia cố bằng thủy tinh hoặc sợi carbon và lô của nhà cung cấp có thể thay đổi trạng thái gia công và độ ổn định kích thước.

Anodizing, lớp phủ chuyển đổi, oxit đen, thụ động, mạ, sơn và phun hạt có thể thay đổi bề ngoài, hiệu suất ăn mòn, tiếp xúc điện, ma sát hoặc kích thước cuối cùng. Bản vẽ phải xác định các khu vực được che chắn, các mặt tiếp xúc không có lớp phủ, các đặc điểm ren, các bề mặt bịt kín và liệu kích thước có áp dụng trước hay sau khi hoàn thiện hay không. Ví dụ, bề mặt liên kết điện có thể cần một khu vực không được phủ được kiểm soát, trong khi lỗ ổ trục có thể yêu cầu che phủ hoặc vận hành sau hoàn thiện. Phun hạt có thể tạo ra vẻ ngoài thẩm mỹ đồng đều hơn, nhưng nó không thay thế được yêu cầu về độ nhám hoặc hình học xác định.

Một nguyên mẫu chứng tỏ nhiều điều hơn là liệu một bộ phận có thể được sản xuất hay không. Nó sẽ tiết lộ cách thức hoạt động của chiến lược chuẩn, công việc, khả năng tiếp cận công cụ, phương pháp kiểm tra và xử lý bề mặt khi thiết kế chuyển sang lô thí điểm. Phản hồi nguyên mẫu hữu ích  Các tính năng yêu cầu các công cụ đặc biệt hoặc gia công tầm xa không ổn định.  Các kích thước không thể đo được một cách đáng tin cậy bằng sơ đồ mốc thời gian đã nêu.  Các vùng mỏng bị xê dịch sau khi tháo kẹp hoặc hoàn thiện.  Các yêu cầu về cạnh, thẩm mỹ, niêm phong hoặc lớp phủ không rõ ràng.  Cơ hội chuẩn hóa ren, bán kính, kích thước phôi hoặc các tính năng kiểm tra. Mục tiêu không phải là loại bỏ mọi tính năng đầy thách thức. Nó nhằm đảm bảo rằng khó khăn sẽ được giải quyết ở nơi nó tạo ra giá trị chức năng.

Việc kiểm tra nên bắt đầu bằng bản vẽ và sơ đồ mốc chức năng chứ không phải bằng bất kỳ dụng cụ đo nào dễ sử dụng nhất. Calip và micromet có hiệu quả đối với nhiều kiểm tra kích thước, trong khi các thước đo chiều cao, thước đo lỗ khoan, dụng cụ đo độ nhám bề mặt, đồ gá và kiểm tra CMM có thể cần thiết cho các mối quan hệ như vị trí, biên dạng, độ đảo hoặc độ đồng trục. Chiến lược đo lường cũng có vấn đề. Một bộ phận linh hoạt được cố định trên vật cố định có thể tạo ra kết quả khác với bộ phận tương tự được đo ở trạng thái tự do. Nếu việc lắp ráp hạn chế bộ phận đó thì bản vẽ hoặc thỏa thuận chất lượng phải làm rõ điều kiện kiểm tra dự kiến.

RFQ hoàn chỉnh cho phép nhà cung cấp đánh giá rủi ro sản xuất thực tế thay vì chỉ định giá theo hình dạng có thể nhìn thấy được.  Mô hình 3D và sửa đổi bản vẽ 2D có kiểm soát.  Loại vật liệu, tình trạng và bất kỳ lựa chọn thay thế nào được phê duyệt.  Số lượng nguyên mẫu, số lượng thí điểm dự kiến ​​và phạm vi khối lượng trong tương lai.  Dữ liệu chức năng, các tính năng quan trọng đối với chức năng, sự phù hợp và GD&T.  Các yêu cầu về độ hoàn thiện bề mặt, lớp phủ, lớp che phủ, tính thẩm mỹ và các cạnh.  Báo cáo kiểm tra, chứng nhận vật liệu, khả năng truy xuất nguồn gốc và các yêu cầu đóng gói.  Thông tin về bộ phận giao phối hoặc lắp ráp trong đó việc xếp chồng lên nhau là quan trọng.

Gia công bằng robot không chỉ đơn giản là sản xuất các hình dạng nhôm phức tạp. Thách thức thực sự là duy trì các mối quan hệ cho phép cấu trúc, chuyển động, cảm biến, dẫn động và lắp ráp hoạt động cùng nhau. Một kế hoạch sản xuất hiệu quả bắt đầu bằng các mốc chức năng, đánh giá độ cứng và trạng thái vật liệu, tích hợp quá trình hoàn thiện vào chiến lược kích thước và chọn các phương pháp kiểm tra phản ánh hệ thống lắp ráp. Cách tiếp cận cấp hệ thống này giúp giảm bớt những bất ngờ khi nguyên mẫu trở thành robot thực sự. GZ Prototype hỗ trợ gia công CNC nguyên mẫu và hàng loạt nhỏ cho các bộ phận robot bằng kim loại và nhựa kỹ thuật, với khả năng 3 trục, 4 trục và 5 trục. Nếu bạn đang chuẩn bị RFQ về robot, việc chia sẻ các giao diện quan trọng và bối cảnh lắp ráp sẽ giúp chúng tôi cung cấp phản hồi DFM hữu ích hơn trước khi bắt đầu gia công.

Smith, Andrew, 2023, Kiểm soát chất lượng và gia công dung sai chặt chẽ Johnson, Emily, 2022, Thực hành kiểm tra và lắp ráp bộ phận chính xác Wang, Li, 2021, Gia công CNC để có độ chính xác kích thước nhất quán Brown, Michael, 2024, Giảm việc làm lại thông qua kiểm tra đo lường sớm Garcia, Sofia, 2020, Tìm hiểu lỗi lắp ráp trong các bộ phận kim loại tùy chỉnh Lee, Daniel, 2023, Các phương pháp tiếp cận thực tế đối với sản xuất chính xác hàng loạt nhỏ