Projeto de peças cnc: superfície de acoplamento de precisão para articulação robótica

Superfície de articulação robótica no projeto de peças CNC: resolução de tolerância e integridade superficial

No projeto de juntas robóticas, a estabilidade dimensional e a integridade superficial da superfície de acoplamento determinam diretamente o Backlash após a montagem e a precisão do movimento a longo prazo. Este artigo é focado em Projeto de peças CNC As principais decisões de engenharia da fase, visando o encaixe do furo do eixo, a interface flangeada e a superfície de vedação para a junta do robô, fornecem alocação de tolerância de aterrissagem, otimização de parâmetros de corte e estratégias de controle de rugosidade da superfície. Isso ajuda a equipe de p&d e compras a contornar as falhas comuns de interferência e desgaste da montagem na fase DFM.

Requisitos de engenharia e modos de falha de superfícies articulares robóticas

A função central das articulações robóticas (por exemplo, articulações rotativas, módulos lineares) é transmitir torque e manter a precisão de posicionamento. A superfície de acoplamento geralmente inclui: assento de montagem do rolamento, furo do pino do eixo, parada de posicionamento do flange, bem como a superfície de vedação. Estes locais estão sujeitos a cargas periódicas, contra Tolerância de forma E o & Grau coaxial Extremamente sensível.

• Backgap excessivo: Leva ao posicionamento incorreto, geralmente causado por abertura super ruim, pequeno diâmetro do eixo ou folga de ajuste imprópria.
• Interferência de montagem: Excesso de arredondamento da parada ou desvio dimensional da profundidade da etapa, resultando em rolamentos presos ou pressionando o encaixe à força.
• Desgaste precoce: A rugosidade da superfície Ra é muito grande e a fricção microscópica do pico e do vale provoca a ruptura do filme lubrificante, acelerando a corrosão por pite.
• Concentração de tensão: O raio de chanfro impróprio ou a marca da ferramenta de processamento permanece, levando ao surgimento de trincas de fadiga.

Os limites funcionais devem ser definidos durante a fase de projeto: por exemplo, a coaxialidade geralmente precisa ser controlada dentro de 0, 02 mm para juntas servo altamente responsivas; Rugosidade da superfície Ra recomendado ≤ 0.8 μm, Ra 0.4 μm pode ser alcançado sob alta exigência de acabamento.

Estratégia de alocação de tolerâncias para facetas críticas

A precisão da face de acoplamento depende da escolha do "ajuste" versus "classe de tolerância". O sistema de furo de base (H7/h6 ou H7/k6) ou o sistema de eixo de base são comumente usados para juntas robóticas. Eles precisam ser determinados de acordo com os requisitos de permutabilidade.

Seleção de tolerância de ajuste do furo do eixo

Para posições de rolamento em juntas de precisão, < é recomendado; strong> Categoria IT6 ou IT7 . Por exemplo, o furo do rolamento de φ30 milímetros:

• Ajuste de gap (H7/g6) : Usado em situações em que é necessário prensagem leve e há movimento relativo. A folga máxima é de aproximadamente 0,027 mm.
• Ajuste de interferência (H7/k6) : Projetado para suportar cargas pesadas e evitar a rotação do eixo. A interferência mínima é de cerca de 0,005 mm e o máximo é de 0,023 mm.

Pontos-chave do projeto: A seleção de classes de tolerância ampla H8 e acima para superfícies de transmissão críticas deve ser evitada na revisão DFM, caso contrário, o risco de consistência na produção em massa é extremamente alto. Se a estrutura da peça permitir, "acabamento de moagem" pode ser usado para substituir "carro fino" para proteger a estabilidade dimensional.

Tolerância da posição da forma (GD&T) anotada

Apenas a marcação de tolerâncias dimensionais não é suficiente para controlar a qualidade da montagem. Restrições de tolerância de posição de forma devem ser adicionadas:

• Grau coaxial: O plano de referência do anel interno e externo do rolamento sugere a marcação de ⌀ 0.02mm.
• Redondeza: Recomenda-se que a superfície cilíndrica correspondente seja marcada com 0, 01 mm para evitar a concentração local de tensões devido à "ovalidade".
• Planicidade: A superfície de vedação flangeada recomenda ≤ 0.03mm para garantir um contato uniforme do anel de vedação.

Seleção do processo de usinagem: fresagem de 3 eixos vs fresagem de carro composto

As diferentes características estruturais da superfície de acoplamento determinam o melhor caminho de usinagem. Aqui está uma comparação entre os dois principais caminhos de processo para referência na fase DFM:

Sugestão da seleção do tipo: < é altamente recomendado se o corpo principal da articulação for um corpo rotativo (por exemplo, um eixo da articulação); strong> Fresagem de carro composto Ou o & Máquina de coração Processado para garantir a coaxialidade do pescoço do eixo com a posição do rolamento. Se for um disco de conexão flangeada, o uso de 4/5 eixos de moagem para uma moldagem pode evitar o erro de conversão de referência que vem de várias cargas.

Efeito do material e do tratamento térmico na superfície de acoplamento

As características do material determinam a rigidez e a tendência de deformação da peça e, em seguida, afetam a precisão dimensional final.

Seleção de aços de liga comuns

• 40Cr / 42CrMo: Dureza HRC 28-32 após o tratamento de condicionamento, com boas propriedades mecânicas abrangentes. Ideal para juntas de carga média. A deformação do tratamento térmico é geralmente controlada dentro de 0, 05 mm, a permissão de moagem deve ser reservada de 0, 1-0, 2 mm.
• 17-4PH (precipitação Hardened Stainless) : Aço inoxidável de grande resistência para resistir à corrosão. Dureza HRC 30-40 após o tratamento de endurecimento (H1100), menos deformação, adequado para robôs ao ar livre que são sensíveis à ferrugem.
• 7075-T6 alumínio: Para aplicações leves. Menor resistência do que o aço, mas comumente usado em demandas de redução de peso. É necessário prestar atenção ao fenômeno "deixe a faca" no corte de peças de alumínio. Os parâmetros de corte precisam ser conservadores.

Alívio de tensões residuais < para tratamento térmico;

A superfície de acoplamento, se houver tensões residuais, será liberada lentamente durante o serviço, causando um "desvio" de tamanho. Recomenda-se realizar < após a conclusão do processamento e antes da moagem fina; strong> Recozimento de alívio de estresse Ou o & Tratamento de envelhecimento . Por exemplo, após 42CrMo temperado, recomenda-se deixá-lo por 24 a 48 horas para estabilizar antes do acabamento ou usar envelhecimento de baixa temperatura para liberar o estresse. Esta etapa é crítica para assegurar a precisão dimensional de ± 0.01mm.

Integridade de superfície e controle de acabamento

A rugosidade superficial (Ra) não afeta apenas a estética, mas também correlaciona diretamente o coeficiente de atrito com a vida à fadiga.

Índice de rugosidade associado aos parâmetros de usinagem

• Ra 1, 6 μm (desbaste) : Profundidade de corte áspera aberta ap=2-3 mm, alimentação f=0.3-0.5mm /r. Neste momento, as marcas de faca são óbvias e não se aplicam à superfície de acoplamento.
• Ra 0, 8 μm (semi-acabamento) : O carro fino/permissão de fresagem fina é 0.1-0.2mm, alimentação f=0.05-0.1mm /r. Este grau é aceitável para a maioria das juntas industriais.
• Ra 0.4 μm (acabamento) : Permissão ≤ 0.05mm, alimentação f=0.02-0.03mm /r, precisa usar lâminas afiadas e otimizar o líquido refrigerante. Adequado para superfícies de guia de alta precisão.
• Ra 0, 2 μm (espelho/moagem) : Geralmente é necessário cooperar com processos de afiação ou polimento. Usado em partes extremamente exigentes como o pescoço do eixo do fuso.

Detalhes do processo para evitar defeitos de processamento

Produção em massa em, Consistência da aparência É um ponto de dor. Para evitar arranhões e imperfeições, recomenda-se o uso de ferramentas de acabamento especiais nos procedimentos finais e o isolamento do link de transporte. Para peças anodizadas ou revestidas, a superfície de acoplamento precisa ser feita Tratamento de vedação de furos Ou o & Proteção de blindagem , para evitar que o espessamento do filme de óxido leve à redução da folga de ajuste. Por exemplo, a espessura do filme anodizado é geralmente 10-20 μm, e a diferença deve ser projetada considerando esta espessura em ambos os sentidos.

Métodos de inspeção e critérios de aceitação

A aceitação da superfície de acoplamento não pode depender apenas de "visual", deve ser combinada com a detecção quantitativa. As seguintes combinações de inspeção são recomendadas:

Detecção de tolerância de tamanho e posição de forma

• Máquina de medição coordenada (CMM) : Detecção de nível de base, stop, coaxial. A precisão pode alcançar 0.001mm. Recomenda-se 100% de inspeção completa em lotes críticos.
• Microscópio óptico de projeção: Detecção rápida de chanfro, arredondamento e rachaduras superficiais. Maior eficiência do que CMM, adequado para inspeção on-line.
• Medidor de rugosidade: Detecção de valores Ra de acordo com o padrão ISO 4287. Note que a direção da sonda deve ser perpendicular à direção da textura de processamento. Tome uma média de 3 valores de ponto.

Verificação de montagem (antes do PPAP)

Recomendado para executar antes da produção em massa Teste de montagem simulada . O eixo articulado usinado foi pré-montado com o rolamento e a resistência rotacional (Torque) foi medida com o movimento Axial (Axial Play). Se o backgap estiver fora das especificações (como>0, 1 mm), você precisa rastrear os parâmetros de processamento e verificar o desgaste da ferramenta ou a batida de fixação.

Perguntas frequentes FAQ

1. Quanto é o grau de coaxial do eixo comum do robô geralmente exigido?

Normalmente, a coaxialidade dos eixos de transmissão críticos é recomendada em 0.02 mm Dentro, a junção servo da elevada precisão pode alcançar 0.01mm. Os valores específicos precisam ser empurrados para trás de acordo com a especificação da folga traseira da junta (Backlash Spec). Recomenda-se confirmar a tolerância de ajuste de pré-pressão com o fornecedor do rolamento.

2. A rugosidade da superfície Ra 0.4 μm pode ser alcançada diretamente através da fresagem de 3 eixos?

Sim, mas é mais difícil. É necessário usar alimentação pequena (≤ 0.02mm /r), lâminas afiadas e otimizar a velocidade do fuso na fase de fresagem fina. Se a confiabilidade for extremamente alta, recomenda-se adicionar < após a fresagem; strong> Moagem fina Ou o & Brunimento Procedimentos para remover marcas de ferramentas de moagem e garantir a estabilidade dimensional.

3. A diferença de ajuste será menor após a anodização? Como fazer uma reserva?

- sim. A espessura do filme anodizado é geralmente de 10 a 20 μm, cobrindo o eixo e o furo. A folga real é reduzida em 20 a 40 μm. O projeto deve ser baseado na lacuna teórica Aumento de 0.04-0.05mm O valor da compensação, ou na superfície de acoplamento para blindagem (mascaramento) não faz a oxidação, apenas oxida a zona não-acoplada.

4. Como garantir a aparência sem riscos na produção em massa?

Adotado com Embalagem individual (caixa da bolha ou forro da espuma) para evitar o contato do metal entre as peças; Ferramentas de processamento afiadas regularmente; Use grampos macios ou ventosas pneumáticas ao carregar e descarregar as peças de trabalho. Estabelecimento Confirmação do primeiro artigo (primeira inspeção do artigo) Sistema, foco na verificação do revestimento e da consistência da aparência.

5.42 como controlar a deformação dimensional após o tratamento térmico CrMo?

A chave está em Reserva de margem de moagem . Normalmente, uma margem unilateral de 0, 1-0, 15 mm é reservada para cada superfície de acoplamento. Após o tratamento térmico, o acabamento de moagem é processado. Além disso, o modo de carregamento (vertical/horizontal) e a velocidade de resfriamento da fornalha de tratamento térmico também afetam a deformação. Recomenda-se escolher a planta de tratamento térmico de precisão com bom controle de temperatura constante e fazer o teste de estabilidade do lote.

Conclusão e próximas ações

O projeto de juntas robóticas é uma engenharia de sistemas que envolve a sinergia entre a atribuição de tolerâncias, tratamento térmico do material, processo de usinagem e tratamento superficial. Com Fresagem de carro composto Ou o & Moagem de alta precisão Controle de coaxialidade, através de Gestão estrita da aspereza Reduz o desgaste e passa novamente por CMM inspeção completa Garantir a consistência do lote, um caminho crítico para aumentar a confiabilidade.

Se você está projetando uma nova geração de junções robóticas ou enfrentando o excesso de folga traseira, problemas de desgaste de superfície de peças existentes, desenhos 2D/3D e especificações de material são bem-vindos. Nossa equipe de engenharia pode ajudar com a revisão DFM, fornecer sugestões de otimização de tolerância e solução de processo de usinagem (incluindo 3/4/5 eixos de fresagem, fresagem e composição, moagem, etc.) e apoiar suas necessidades de produção em massa com precisão de ±0, 01 mm e qualidade de superfície Ra 0, 4 μm. Envie o desenho para obter a descrição detalhada do processo com a estimativa do prazo de entrega.