Le module de joint robotique et l'actionneur pour la précision du mouvement, la capacité de positionnement répétitif et la cohérence à long terme sont extrêmement élevés, le réglage de tolérance dans l'usinage CNC détermine directement l'efficacité de transmission et la fiabilité de l'assemblage. la précision d'usinage CNC des pièces robotisées couvre généralement trois dimensions: tolérance dimensionnelle, tolérance de forme et rugosité de surface, parmi lesquelles la surface d'ajustement clé du système d'arbre rotatif est couramment utilisée avec une précision dimensionnelle de niveau IT5-IT6, le contrôle coaxial et parallélique dans les 0,01 - 02 mm. Cet article analysera la logique d'allocation de tolérance pour différents composants mobiles, la méthode de compensation de la déformation thermique des matériaux et les points de contrôle de la conformité de la masse basés sur le fraisage CNC multi-axes et le processus composite de fraisage de véhicule de précision, afin d'aider les ingénieurs à établir une base d'acceptation qui peut atterrir au stade DFM.
Exigences de précision des composants principaux du robot Démantèlement
Dans la structure du corps du robot, le module de joint rotatif, l'actionneur linéaire, le boîtier du réducteur et la bride de l'actionneur d'extrémité sont des parties sensibles à la précision. chaque composant en raison des différences fonctionnelles, les exigences de précision d'usinage sont réparties en gradient:
- Trous dans l'arbre d'entrée/sortie du réducteur:La tolérance dimensionnelle est plus de ± 0,005 mm (ajustement H6/f7 ou H6/g7), le degré coaxial est ≤ 0,008 mm, ce qui affecte directement la différence de retour de transmission;
- Référentiel central de rotation articulaire:Planéité ≤ 0,01 mm et parallélisme ≤ 0,015 mm, ce qui détermine l'angle de déviation de l'arbre après l'installation du siège du moteur;
- Surface de montage de glissière linéaire:Rugosité de surface Ra0,8 μm ou moins, éviter les micro-bosses pour porter les glissières, tolérance dimensionnelle ± 0,01 mm;
- Surface de bride de l'actionneur final:Planéité 0,01/100mm, positionnement du groupe de trous ≤ 0,02 mm, assurant la précision de positionnement répété de l'outil final;
- Surface extérieure de la coquilleBien que ce ne soit pas une surface fonctionnelle, mais affecte la sensation d'assemblage et la perception de la marque, il est recommandé de Ra1,6 μm et de faire l'ébavurage, le chanfreinage C0.3 traitement.
La phase de conception devrait distinguerFonctionnalité SurfaceAvecSurfaces non fonctionnelsSeules les tolérances de forme et de position sont marquées à l'interface d'ajustement, de positionnement, d'étanchéité et de mouvement, afin d'éviter une tolérance excessive entraînant une augmentation des coûts d'usinage.
Chemin atteint par le processus d'usinage CNC pour la précision
La précision n'est pas déterminée par un seul processus, mais est obtenue par le matériau, la rigidité de la machine, la trajectoire de l'outil et la combinaison de traitement thermique/finition. capacité de support des bandes de tolérance pour les différentes voies de processus est la suivante:
| Route artisanale | Types de pièces applicables | Tolérances dimensionnelles accessibles | Tolérance de forme et de position Typique | Rugosité de la surface | Contraintes critiques |
|---|---|---|---|---|---|
| Fraisage à grande vitesse triaxial (aluminium/acier) | Logement, bride d'extrémité, support | ± 0,005 à 0,01 mm | Planéité/parallélisme 0,01 - 0,02 mm | Ra0,4 à 1,6 μm | Les cavités profondes et les parois minces sont facilement déformables et nécessitent une finition grossière. |
| Machinage composite de fraisage et de fraisage (catégorie d'arbres) | Arbre articulé, arbre creux, couvercle d'extrémité du moteur | ± 0,002 - 0,005 mm | Coaxialité ≤ 0,005 mm | Ra0,2 - 0,8 μm | Intégration multifonctionnelle, adaptée aux pièces d'arbre avec des faces d'extrémité et des faces d'ajustement radiales |
| Marcher soigneusement (petite pièce de précision) | Support de capteur, support de fixation minuscule | ± 0,003 - 0,005 mm | Battement radial ≤ 0,003 mm | Ra0,4 - 0,8 μm | Convient pour les pièces de petit diamètre et de grand diamètre, la rigidité est supérieure à celle des tours ordinaires |
| Fraisage lié à cinq axes (surfaces complexes) | Réducteur harmonique avec siège de roue flexible, actionneur à extrémité dimorphique | ± 0,01 mm pour | Contour ≤ 0,02 mm | Ra0, 8 μm (lumière cis-région Ra0, 4) | Éviter la déformation du clip, nécessiter une stratégie CAM pour optimiser la continuité du chemin d'outil |
Pour le boîtier en alliage d'aluminium, la marge d'usinage grossier est réservée à 0,2 - 0,3 mm, l'alimentation de finition est de 150-300mm/min, la vitesse de la broche de 8000-12000 tr/min peut être stable pour obtenir Ra0, 4 - 0,8 μm; pièces en acier doivent tenir compte de l'usure de l'outil, tous les 20-30 pièces changer l'outil ou la détection, pour éviter la dérive dimensionnelle. Les pièces traitées thermiquement (par exemple, 42CrMo4 à 28-32HRC) doivent être finies avant le fraisage, afin d'éviter la dérive dimensionnelle causée par le soulagement des contraintes résiduelles et de contrôler la marge de finition à 0,1 mm.
Sélection des matériaux et stratégie de compensation de déformation thermique
Les matériaux couramment utilisés pour les pièces robotisées comprennent l'alliage d'aluminium 6061-T6, l'alliage d'aluminium 7075-T6, l'acier inoxydable 416/303, l'acier trempé par précipitation 15-4PH et les plastiques techniques tels que POM/PEEK. Les différences de coefficient de dilatation thermique (CTE) sont significatives entre les différents matériaux: environ 23,6 ×10 "/°C pour le 6061-T6, environ 17,2 ×10"/° C pour l'acier inoxydable 303 et jusqu'à 100×10 "/°C POM. Cela signifie que pour chaque déviation de 1 ° C d'une pièce en alliage d'aluminium en dehors de la température de référence de 20 ° C, la longueur de 100mm varie d'environ 0,0024 mm, ce qui est proche de sa bande de tolérance de 10%.
Les méthodes de compensation comprennent:
- Atelier thermostatique:Contrôle de l'environnement de traitement des pièces sensibles à la précision à 20±1 ° C, réduisant ainsi la dérive thermique;
- Pré-équilibrage de la pièce:Laisser reposer 30 à 60 minutes à température ambiante après le traitement brut pour le retraitement, libérant ainsi la chaleur de coupe;
- Compensation de l'usure des couteaux:À l'aide d'une machine avec tête de mesure, chaque lot de premières pièces compense automatiquement la longueur et le rayon du couteau;
- Préréglage du taux de rétrécissement des pièces en plastique:Lors du moulage par injection ou du fraisage du POM, la taille du moule/outil est augmentée avec un taux de rétrécissement de 2,0%, évitant ainsi les interférences excessives dans l'assemblage.
La chaleur générée par la coupe des pièces en acier inoxydable est importante, il est recommandé d'utiliser un liquide de coupe pour refroidir suffisamment, l'alimentation de finition est réduite à 100-150mm/min, afin d'éviter les tumeurs de la pointe de l'outil qui causent des vibrations de surface.
Étiquetage de tolérance de position et points clés de l'optimisation DFM
L'étiquetage de tolérance de position irrégulière est la principale cause de surdifférence dans la production en série. erreurs courantes comprennent: la sélection aléatoire de la référence, la bande de tolérance trop petite sans tenir compte de l'accessibilité de l'usinage, la surface de raccordement sans spécifier la cylindricité conduisant à un jeu d'assemblage incontrôlable.
Recommandations pour Benchmarking System
Pièces de type axe rotatif préféréesAxe des lignesPour la référence avant, la face d'extrémité est la deuxième référence et la surface de montage radiale est la troisième référence.Axe central de rotation et plan de montage principalConstitue un système de référence pour assurer la traçabilité de la position de chaque trou de raccordement par rapport à la référence. étiquetage éviter d'utiliser « condition maximale solide »(MMC) sur les surfaces fonctionnelles non ajustées, afin de ne pas mal juger la qualification.
DFM Feedback Logique
Si le dessin de conception indique le degré coaxial de 0,002 mm et à travers deux segments de diamètre, le traitement réel doit assurer la précision de positionnement répétée du clip deux fois, le coût augmente considérablement. solution raisonnable est: relâcher le degré coaxial à 0,005 mm et augmenterCylindricité 0,003 mmContrôler les erreurs de forme des cylindres individuels, à la fois pour assurer la fonction d'assemblage et améliorer l'économie du processus. les ingénieurs doivent confirmer la rationalité de la tolérance conjointement avec le processeur au stade de l'examen des dessins, plutôt que de copier directement les valeurs théoriques.
Contrôle de la conformité des lots et méthodes de détection
Les lots de pièces robotisées sont généralement compris entre 500 et 50 000 pièces, la cohérence étant plus importante que la précision d'une pièce unique.
- Inspection des matériaux entrant:La liste des matériaux est vérifiée pour les barres/plaques et les lots clés sont analysés par spectromètre;
- Confirmation du premier article:Chaque lot de la première pièce pleine grandeur + test de tolérance de forme et de position, qualifié arrière peut être produit en série;
- Inspection des processus:Dimensions et rugosité de la surface d'ajustement critique tous les 30 à 50 pièces, cible CPK ≥ 1,33;
- Tests d'expédition:Selon AQL 1.0 ou 100% inspection complète des dimensions critiques, émettre un rapport dimensionnel et une courbe de rugosité;
- Inspection cosmétique:Inspection visuelle + loupe, la surface est exempte de bosses, de cheveux, de marques de couteau, le chanfrein est lisse et sans bavures.
Matching des moyens de détection: taille avec trois coordonnées (CMM) ou micromètre de précision/règle de hauteur; position de forme avec CMM ou jauge pneumatique; rugosimètre de contact pour la rugosité (sonde spéciale requise pour le niveau Ra0, 4 μm); cylindricité et coaxialité dépendent du bras de club CMM ou du traceur laser.
Effets du traitement de surface sur la taille finale et l'assemblage
Les traitements de surface courants pour les pièces robotisées comprennent l'anodisation, le sablage, le placage et le dacro.Ces processus ajoutent une couche de couverture sur la matrice et doivent compenser la taille à l'envers:
- Oxydation anodisée (Al):Épaisseur du film 8-15μm, augmentation unilatérale de 4- 7,5 μm, la surface de raccordement doit être marquée sur le dessin « taille après oxydation », ou une tolérance réservée avant l'oxydation;
- galvanisé/nickelé (acier):Épaisseur du film 8-12μm, augmentation unilatérale de 4-6μm, classe d'arbre de précision recommandée pour le chrome dur ou le phosphure antirouille, afin d'éviter l'expansion dimensionnelle;
- sablage (surface extérieure):Légèrement concave 5-10μm, ne modifie pas la taille de la surface d'ajustement, mais augmente la surface pour absorber la poussière, il doit être nettoyé avant l'assemblage;
- Revêtement Dacro/Zinc Aluminium:L'épaisseur du film est de 5 à 8μm, ce qui convient aux scénarios de résistance à la corrosion élevée, mais la conductivité électrique est faible et ne convient pas aux boîtiers de protection électromagnétique.
Si les dessins ne mentionnent pas la « taille après oxydation », le fabricant livre par défaut la taille de la matrice, après oxydation peut causer un ajustement trop serré en raison de l'épaisseur du film. les dessins de conception doivent être clairs dans les exigences techniques: « Toutes les dimensions de la surface d'ajustement se réfèrent à la taille après anodisation » ou « taille avant oxydation, l'épaisseur du film doit être spécifiée par l'acheteur ».
Questions fréquentes
Le réglage de la coaxialité de l'axe articulaire du robot de 0,005 mm est-il suffisant pour répondre à la précision de transmission?
Pour l'arbre d'entrée du réducteur harmonique ou RV, la tolérance dimensionnelle de coaxialité de 0,005 mm peut répondre à la grande majorité des scénarios industriels; si elle est utilisée dans un robot chirurgical de haute précision ou un bras robotique de plaquette semi-conducteur, elle doit être serrée à 0,003 mm et la cylindricité contrôlée.
Combien de temps dois-je laisser reposer avant la finition après le traitement brut de la coque en aluminium pour éliminer les contraintes internes?
6061-T6 coque avec une épaisseur de paroi de 3-5mm, vieillissement naturel 30-60 minutes après l'usinage brut est suffisant pour éliminer la déformation temporaire causée par la chaleur de coupe; si les exigences sont extrêmement élevées, il peut être 200 ° C ×8 heures de vieillissement manuel, mais la marge de re-finition est de 0,05 mm.
Comment les tolérances des pièces POM injectées sont-elles coordonnées avec celles des surfaces métalliques?
Le taux de rétrécissement POM est de 1,8 - 2,2%, la cavité du moule doit être agrandie, la tolérance de la taille de la surface de raccordement métallique est recommandée au-dessus de ± 0,03 mm, pour éviter le jeu insuffisant après le refroidissement et le rétrécissement des pièces moulées par injection. pour un ajustement précis, il est recommandé de passer au processus d'injection d'inserts métalliques POM.
Comment assurer la coaxialité du trou intérieur lors du traitement composite de l'arbre creux par fraisage et fraisage?
Adoptez le cercle extérieur et le trou intérieur du véhicule de serrage primaire, utilisez l'axe B et l'axe C pour fraiser la rainure de la face d'extrémité, évitez le décalage de référence causé par le serrage secondaire. trou intérieur finement percé alimentation 0,05 mm/rev, la vitesse de rotation de la broche 800 tr/min, peut être stabilisé pour atteindre le degré coaxial de 0,003 mm.
Quels éléments doivent être inspectés dans l'inspection de l'expédition d'un lot de 1000 brides d'actionneur d'extrémité de robot?
Les éléments à inspecter comprennent: la planéité de la bride (1 pièce pour 100 pièces d'échantillonnage), l'emplacement du groupe de trous (1 pièce pour 50 pièces d'échantillonnage), la taille du cercle extérieur (1 pièce pour 20 pièces d'échantillonnage), la rugosité de la surface (1 pièce pour 100 pièces d'échantillonnage) et l'inspection complète de l'apparence.
Conclusions et recommandations d'action
La précision de l'usinage CNC des pièces robotisées n'est pas une valeur unique, mais une ingénierie systématique constituée par les caractéristiques thermiques du matériau, la route du processus, le système de référence, le traitement de surface et l'inspection par lots. ingénieurs dans la phase de conception du dessin devraient être clairs sur la tolérance de surface fonctionnelle et non fonctionnelle, réserver la marge de traitement de surface et choisir la route du processus correspondant; L'acheteur doit fournir des dessins complets, des qualités de matériaux, des intervalles de volume et des exigences de délai de livraison lors de la demande, afin que l'usinage puisse donner des conseils DFM et un devis de faisabilité. si vous avez des besoins d'usinage CNC de précision pour les modules articulés robotisés ou les actionneurs finaux, vous pouvez envoyer directement des dessins et des fiches de nomenclature pour obtenir une confirmation de tolérance basée sur la capacité réelle du processus et une évaluation du délai de livraison de volume.
