Робототехника словно символизирует постоянные изменения в современном мире. Древнегреческий философ Аристотель выдвинул идею роботов ещё в 322 году до нашей эры. Задумывались ли вы когда-нибудь о том, какое сочетание технологий воплощает в жизнь эти создания, обладающие человекоподобным интеллектом? Они варьируются от простых оловянных человечков до «андроидов», чьи движения почти идентичны движениям реальных людей.
Почему станки с ЧПУ являются основой высокоточного робототехнического производства
Представьте себе производственного робота, выполняющего одну и ту же сварку тысячи раз в день. Нам необходимо, чтобы это движение было идеальным каждый раз. Но эта точность зависит не только от программирования. Она зависит от физических компонентов внутри самой роботизированной руки. Если внутренние шестерни немного шатаются или кронштейн корпуса деформируется под давлением, эта крошечная погрешность увеличивается на конце руки.
Ключевые процессы ЧПУ для критически важных роботизированных систем Mпроизводство
Создание высокопроизводительного робота подразумевает использование целого ряда специализированных процессов обработки на станках с ЧПУ, каждый из которых выбирается в зависимости от геометрии детали и функциональных требований.
Фрезерные
Проще говоря, фрезерование на станках с ЧПУ — это процесс, при котором заготовка удерживается на месте, вращается режущий инструмент для её обработки, а затем создаются всевозможные сложные элементы, такие как пазы, впадины и монтажные поверхности. Этот процесс часто используется при изготовлении корпусов приводов роботов и несущих конструкций.
Токарная обработка с ЧПУ
Таким образом, в отличие от фрезерования на станках с ЧПУ, если вы видите, что детали вращаются очень быстро, а режущий инструмент неподвижен, то, вероятно, используется токарная обработка на станках с ЧПУ.
Как и следовало ожидать, он отлично подходит для изготовления точных, симметричных относительно оси вращения деталей, таких как соединительные штифты с жесткими допусками по диаметру внутри корпусов роботов, подшипниковые кольца и валы двигателей.
Швейцарская обработка с ЧПУ
Токарная обработка на станках с ЧПУ отлично подходит для мельчайших деталей. При токарной обработке на станках с ЧПУ перемещаются как заготовка, так и режущий инструмент, что позволяет изготавливать множество тонких и сложных деталей с высокой точностью. Речь идёт о микророботизированных приводах для пальцев и сенсорных зондах.
Шлифование с чпу
Абразивный круг удаляет мельчайшие количества материала, обеспечивая сверхтонкую обработку поверхности и максимально жесткие допуски, что крайне важно для закалки поверхностей шестерен трансмиссии и обеспечения идеальной герметизации компонентов гидравлических клапанов.
5-осевая обработка
Как следует из названия, 5-осевая обработка позволяет одновременно перемещаться по пяти различным осям, что дает возможность обрабатывать сложные формы за одну установку. Она особенно хорошо подходит для изготовления манипуляторов роботов и вырезания сложных концевых захватов для манипуляторов роботов.
| ЧПУ Процесс | Best For | Основные области применения робототехники |
| Фрезерные | Сложные трехмерные формы, конструктивные элементы. | Соединительные звенья манипулятора, корпуса захватов, опорные рамы, крепления для датчиков. |
| Токарная обработка с ЧПУ | Цилиндрические, вращательно-симметричные детали | Корпуса двигателей, шариковые винты, штифты, втулки |
| Швейцарская обработка с ЧПУ | Очень маленькие, тонкие, высокоточные детали | Инструменты для хирургических роботов, миниатюрные разъемы, корпуса для датчиков. |
| Шлифование с чпу | Сверхтонкая обработка поверхности закаленной стали. | Зубья шестерен для редукторов, подшипниковых обойм и прецизионных валов. |
| 5-осевая обработка | Сложные органические геометрические формы в одной установке | Топологически оптимизированные рычаги, сложные корпуса шарниров. |
Преимущества обработки на станках с ЧПУ в робототехническом производстве
Выбор способа изготовления робота — это важное решение, напрямую влияющее на его работоспособность, срок службы и надежность. Обработка на станках с ЧПУ имеет множество преимуществ, что делает её предпочтительным выбором для изготовления важных деталей роботов.
Универсальность материалов
Роботы используются в самых разных отраслях и средах, поэтому материалы, используемые для их изготовления, также должны быть разнообразными. Технологии высокоточного производства NOBLE доказали свою эффективность при работе со всеми стандартными и экзотическими материалами для роботов. При изготовлении каркасов роботов мы обычно используем легкие алюминиевые сплавы (например, 6061) или высокопрочные алюминиевые сплавы 7075. Для шестерен и валов мы работаем с прочными сталями, включая 4140 и различные марки нержавеющей стали. Для достижения максимального соотношения прочности и веса в манипуляторах, созданных по образцу аэрокосмических конструкций, мы используем высокоточную обработку титана.
Компания NOBLE также предлагает решения из конструкционных пластмасс: у нас есть PEEK для электроизоляционных компонентов и сверхвысокомолекулярный полиэтилен для износостойких узлов. Именно поэтому наши услуги по изготовлению деталей на станках с ЧПУ для производственных роботов так хороши.
Точность и повторяемость
Это неотъемлемая часть функционирования роботов. Обработка на станках с ЧПУ — единственный метод, который обеспечивает стабильную точность от субмиллиметра до микрона, необходимую для надежного выполнения задач роботами цикл за циклом. Разница между успешным сварным швом и столкновением часто составляет несколько сотых миллиметра. Протоколы обработки на станках с ЧПУ компании NOBLE гарантируют, что каждый корпус привода и каждое крепление датчика изготовлены не просто по чертежу, но и в соответствии с высокими стандартами повторяемости, необходимыми для крупносерийной автоматизации. Это основа нашей работы как профессионального партнера в области механической обработки.
Прочность и долговечность
В отличие от аддитивного производства, где иногда могут возникать внутренние напряжения и проблемы анизотропии, детали, изготовленные на станках с ЧПУ, вырезаются из твердых, однородных блоков материала. Если речь идет о подшипниках шарниров роботов, которые подвергаются большому давлению, компоненты должны быть действительно прочными и способными выдерживать износ.
Детали, производимые компанией NOBLE, — это не просто элементы нужной формы; они изготавливаются из материалов с использованием проверенных металлургических процессов, что гарантирует их способность выдерживать непрерывные нагрузки круглосуточных производственных линий.
Консолидация
У нас здесь довольно продвинутое оборудование для обработки на станках с ЧПУ, особенно в части 5-осевой технологии, что позволяет нам полностью перепроектировать узлы. Мы можем объединить множество деталей, которые в противном случае были бы изготовлены и собраны, в единый монолитный компонент. Это устраняет слабые места в деталях, такие как крепежные элементы и сварные швы, и ускоряет сборку.
Материчем of Роботостроение: от силы к интеллекту
При выборе материалов для робототехнического производства сложно найти единственное, всегда оптимальное решение. Честно говоря, весь этот процесс сводится к компромиссам. Окончательный выбор будет несколько иным, но оно того стоит. Мы получим необходимую прочность, лёгкость и хорошее соотношение цены и качества.
Невозможно получить всё сразу: более тяжёлые компоненты могут быть более долговечными, но для их привода потребуются более мощные двигатели; более дешёвые материалы могут снизить первоначальные затраты, но могут преждевременно выйти из строя.
Металлические сплавы
Металлы составляют основу каркаса и «мышцы» подавляющего большинства роботизированных систем, ценятся за свою структурную целостность и долговечность.
Алюминиевые сплавы (6061, 7075): Это бесспорные чемпионы среди конструкционных компонентов. Главное их преимущество — невероятная прочность при малом весе. Сталь 6061 обладает превосходной обрабатываемостью и является нашим наиболее распространенным выбором для каркасов и корпусов роботов. Когда требуется сверхпрочная конструкция, наши инженеры используют сталь 7075, которая почти так же прочна, как сталь, но значительно легче. Это основной материал, с которым мы ежедневно работаем на нашем заводе для точного изготовления ответственных деталей.
Сталь (4140, нержавеющая сталь): Когда детали роботов должны выдерживать экстремальные нагрузки, ударные воздействия или постоянный износ, мы выбираем сталь.
Легированная сталь 4140 идеально подходит для изготовления высокопрочных шестерен, осей и гидравлических компонентов. Если ваш робот работает в агрессивных средах, таких как пищевая промышленность или медицинские учреждения, ассортимент марок нержавеющей стали NOBLE может вам помочь. Она прочна и устойчива к коррозии, что делает ее идеальной для валов и соединений, требующих повышенной долговечности.
Титановые сплавы: Когда речь идёт о максимальной производительности в экстремальных условиях, титан — это материал номер один. Он обладает удивительным соотношением прочности и веса, а также высокой коррозионной стойкостью. Но его довольно сложно обрабатывать, поэтому требуются специализированные методы и параметры обработки на станках с ЧПУ.
Пластмассы и полимеры
АБС-пластик и поликарбонат: ABS и PC — это материалы, которые чаще всего используются для изготовления ударопрочных внешних корпусов, защитных покрытий и для быстрого создания функциональных прототипов. Они прочные, экономичные и легко поддаются индивидуальной настройке.
ПОМ (ацеталь/делрин): Полиоксиметилен (ПОМ), широко известный как «конструкционный пластик», отличается высокой надежностью — низким коэффициентом трения, высокой жесткостью и превосходной стабильностью размеров. Инженеры компании NOBLE часто используют его для изготовления шестерен с низким коэффициентом трения, прочных втулок и сложных креплений датчиков, предотвращающих износ, вызванный прямым контактом металла с металлом.
ПЕК: Это высокоэффективный полимер для самых сложных условий эксплуатации. PEEK сохраняет свои механические свойства при высоких температурах, обладает химической стойкостью и может быть стерилизован. Мы используем его для компонентов в системах автоматизации чистых помещений, высокотемпературных концевых захватах и других сложных областях высокоточной обработки.
композиты
Композитные материалы представляют собой передовое решение, сочетающее различные материалы для достижения свойств, недоступных при использовании отдельных материалов.
Углеродное волокно: Иногда клиенты просят использовать углеродное волокно. Эти композитные материалы идеально подходят для компонентов, которые должны быть легкими, но при этом очень жесткими. Обычно мы выполняем прецизионную обрезку и сверление конструкций из углеродного волокна, добавляя точки крепления и крепежные элементы к современным роботизированным манипуляторам и рамам, что значительно снижает вес.
Силикон и резина: Они не изготавливаются на станках с ЧПУ в традиционном понимании, но имеют решающее значение для создания гибких захватов, способных работать с хрупкими объектами, а также для виброизолирующих креплений в роботизированной системе.
Поверхностные покрытия для деталей роботов
В вопросе обработки поверхности речь идет не о том, будет ли она применена, а о том, когда это произойдет. Правильная обработка поверхности защищает компоненты робота от суровых условий заводской среды, обеспечивает надежность электрических соединений, снижает сопротивление трению и даже улучшает имидж робота.
Функциональная отделка:
Анодирование (для алюминия): Это наш стандартный и наиболее рекомендуемый вид покрытия для алюминиевых компонентов. Он представляет собой электрохимическое наращивание твердого пористого оксидного слоя на поверхности. Наши инженеры обычно используют анодирование типа II для робототехнического производства, но для деталей, которые должны быть действительно износостойкими, таких как роботизированные захваты, мы используем твердое анодирование типа III.
Твердое покрытие: Если детали вашего робота работают в суровых условиях, где они подвержены износу, мы рекомендуем нанести твердое покрытие. Такая обработка создает очень толстый и плотный оксидный слой на поверхности детали, значительно повышая ее твердость.
Никелирование/золочение: В робототехнике крайне важна надежность сигналов. Для электрических разъемов и коммуникационных портов мы используем тонкий слой золота поверх никелевой основы.
Пассивация (для нержавеющей стали): Нержавеющая сталь обладает естественной коррозионной стойкостью, но следует отметить, что процессы обработки на станках с ЧПУ иногда могут повредить ее защитный оксидный слой. Пассивация — это химическая обработка, которая удаляет свободное железо с поверхности и восстанавливает защитный слой оксида хрома. Это ключевой этап, который не потребует больших затрат для максимального использования естественной коррозионной стойкости валов и корпусов из нержавеющей стали.
Эстетические и защитные покрытия:
Порошковое покрытие: Это наш лучший выбор для прочного, яркого и долговечного покрытия корпусов, крышек и несущих конструкций роботов. Порошковые покрытия прилипают к поверхностям посредством электростатического напыления и образуют толстое, упругое покрытие после термической обработки. По сравнению с традиционными красками, это покрытие обеспечивает превосходную устойчивость к отслаиванию, царапинам и химической коррозии. Доступные цвета и текстуры практически безграничны.
Пескоструйная обработка и шлифовка: Это механические процессы, которые мы используем для создания однородной матовой поверхности. Шлифовка создает направленную, сатиновую текстуру. Оба метода отлично подходят для придания чистого, профессионального вида видимым алюминиевым или нержавеющим стальным компонентам и часто используются в качестве предварительной обработки перед другими видами отделки, такими как анодирование.
Управление затратами Обработка на станках с ЧПУ в Производство роботов
В компании NOBLE мы считаем, что снижение затрат достигается за счет более качественного планирования и проектирования. Если мы хотим снизить затраты без ущерба для качества конечного продукта, нам нужно задать себе вопрос: что именно обуславливает такие высокие издержки?
Ключевые факторы затрат:
Выбор материала: Разница в стоимости сырья существенна. Хотя выбор алюминиевого сплава 7075 вместо 6061 обходится дороже, дополнительная прочность, которую он обеспечивает, часто делает его выгодным приобретением. Лучшее решение — точно подобрать свойства материала в соответствии с функциональными требованиями детали — не слишком много и не слишком мало, а именно то, что нужно.
Сложность детали: Вторая по значимости причина роста затрат — сложность. Глубокие канавки, тонкие стенки и сложные контуры означают, что инженерам приходится тратить больше времени на программирование, а также требуются специализированные инструменты и больше времени на механическую обработку.
Количество: Себестоимость единицы продукции сильно зависит от объема производства. Стоимость одного прототипа равна стоимости программирования и настройки. При производстве больших партий мы распределяем эти затраты на тысячи единиц, что значительно снижает цену за единицу продукции.
Советы по проектированию, изготовлению и технологичности роботов (DFM):
Упростите геометрию: Просто спросите себя: как вы думаете, можно ли разбить эту сложную деталь на две или три более простые составляющие? Зачастую изготовление простой детали обходится дешевле, чем сложной. Такой подход также упрощает последующее техническое обслуживание и ремонт.
Избегайте острых внутренних углов: Избежать острых внутренних углов можно, используя роторную фрезу. Если установить радиус в соответствии со стандартными размерами концевой фрезы (например, 3 мм, 5 мм), инструмент сможет эффективно обработать траекторию за один проход. Поэтому, если вы что-то проектируете, стоит использовать эти стандартные радиусы инструмента, чтобы сэкономить время и избежать использования небольших, менее эффективных инструментов. Проектирование с учетом этих стандартных радиусов инструмента исключает необходимость в медленных, небольших инструментах, которые увеличивают время обработки.
Укажите реалистичные допуски: Инженеры NOBLE рекомендуют применять строгие допуски к критически важным элементам и несущим поверхностям. Для некритичных декоративных поверхностей или отверстий с зазорами допуски обычно можно ослабить до стандартных диапазонов. Это не только ускоряет процесс обработки, но и значительно снижает финансовую нагрузку. В процессе работы над вашим проектом мы поможем вам определить, какие размеры действительно важны для функциональности, а какие можно немного изменить.
Проектирование с учетом технологического процесса: Деталь, предназначенная для обработки на станках с ЧПУ, должна легко закрепляться. Для повышения надежности и повторяемости настройки конструкции можно использовать временную опорную пластину или большую плоскую базовую поверхность. Старайтесь избегать деталей, требующих сложных, нестандартных приспособлений или многократного изменения положения детали, поскольку каждая такая настройка может привести к ошибкам и увеличить стоимость.
Индивидуальные решения: компоненты для роботов в различных отраслях промышленности.
Хирургические роботы в стерильных операционных, роботизированные манипуляторы на линиях пищевой промышленности и роботы на сборочных заводах аэрокосмической отрасли — роботы стали ключевой частью операций на передовой во многих отраслях промышленности.
Медицинские/хирургические роботы
В этой области неудача недопустима. Требования к точности, надежности и биосовместимости не имеют себе равных.
Материалы по теме: Выбор материалов основан на необходимости биосовместимости и многократной стерилизации. Мы часто используем нержавеющую сталь (316L), поскольку она очень устойчива к коррозии, титан, потому что он очень прочный и биосовместимый для имплантатов, а также высокоэффективные пластмассы, такие как PEEK, для компонентов, которые должны быть совместимы с МРТ и высокотемпературной автоклавировкой. Мы даже работаем с современной керамикой благодаря ее исключительной износостойкости и электроизоляционным свойствам.
Процессы: Компоненты часто невероятно малы и сложны. Для производства крошечных, замысловатых деталей хирургических инструментов мы используем высокоточную обработку на станках с ЧПУ и специализированные швейцарские станки с ЧПУ. Допуски исключительно жесткие, а качество обработки поверхности должно быть безупречным, чтобы облегчить очистку и предотвратить скопление бактерий.
Роботы для пищевой промышленности и производства напитков
Здесь главными врагами являются коррозия, загрязнение и постоянная необходимость мытья. Для клиентов наиболее важны долговечность и гигиена.
Материалы по теме: Крайне важно, чтобы материал был устойчив к коррозии. Для всех конструкционных и контактных компонентов мы в основном используем нержавеющую сталь марок 304 и 316. Для деталей, не являющихся металлическими, мы выбираем одобренные FDA пищевые пластмассы, которые выдерживают воздействие сильнодействующих чистящих средств, не разрушаясь.
Отделка: Крайне важно иметь гладкую поверхность, которая не позволяет бактериям размножаться. Мы не просто обычные инженеры; мы прилагаем дополнительные усилия, обеспечивая высококачественную полировку всех важных поверхностей. Это упрощает их очистку и предотвращает рост вредных микробов, гарантируя соответствие строгим стандартам безопасности пищевых продуктов.
Роботы для аэрокосмической и оборонной промышленности
В этой области каждый грамм добавленного веса может в конечном итоге обойтись очень дорого, поэтому компромисс в отношении прочности просто недопустим.
Материалы по теме: Ключ к выбору подходящего материала — обеспечение его максимальной прочности при заданном весе. Инженеры обычно рекомендуют использовать высокопрочные алюминиевые сплавы, такие как 7075, для рамы, но титановые сплавы становятся все более популярными для ответственных деталей, подверженных высоким нагрузкам. Углеродное волокно идеально подходит для рычагов и конструктивных элементов, которые должны быть легкими, но при этом прочными.
Процессы: Сложные органические формы, необходимые для снижения веса, идеально подходят для 5-осевой обработки на станках с ЧПУ, что позволяет нам обрабатывать деталь практически под любым углом за одну установку.
Выберите NOBLE для лучшей обработки на станках с ЧПУ в робототехническом производстве.
Компания NOBLE предоставляет быстрые и надежные услуги по робототехническому производству, содействует исследованиям, разработкам и запуску инновационных продуктов в отрасли робототехники, выбирает передовые технологии и материалы для изготовления прототипов или деталей роботов и обеспечивает скорейший выход вашей продукции на рынок.
- Современное оборудование и экономичная цена
- Жесткий допуск 0.001 мм.
- Более 10 лет опыта в производстве роботов.
- Фабрика, сертифицированная по ISO 9001 и ISO13485
- Бесплатный и профессиональный отчет DFM
- Круглосуточная инженерная поддержка
Работайте с нами всего за 4 простых шага
Обладая многолетним опытом в производстве, компания NOBLE предлагает лучшие решения для всех задач быстрого прототипирования и мелкосерийного производства. Мы разделили цикл инноваций на четыре простых шага, которые действительно работают.
Загрузите свой дизайн
Просто загрузите свои CAD-файлы и отправьте запросы на коммерческие предложения (RFQ) с четкой информацией в режиме онлайн.
↓
Получить анализ проекта
Мы вышлем вам проект для анализа технологичности производства и предоставим прозрачную информацию о ценах.
↓
Начать производство
Наши специалисты изготовят ваши детали с использованием необходимых технологий и материалов.
↓
Получите ваши детали
Ваши детали будут доставлены прямо к вашей двери в сжатые сроки.
FAQ
Нам нужно уменьшить вес нашей роботизированной руки. Какой материал лучше всего использовать вместо алюминия?
Для прямого улучшения характеристик при сохранении технологичности производства алюминий 7075 обеспечивает значительно большую прочность при минимальном увеличении веса. Если же вы хотите сбросить лишние килограммы в нужных местах, то титановый сплав — это то, что вам нужно. Он очень прочный, но при этом очень легкий, хотя стоимость материала и обработки может быть несколько завышена.
ПочемуНасколько важна обработка на станках с ЧПУ в робототехнике?
В робототехнике точность и повторяемость являются непреложными стандартами. Обработка на станках с ЧПУ — единственный процесс, позволяющий надежно производить высокоточные сложные внутренние компоненты, такие как корпуса приводов и редукторы.
Можно ли изготавливать корпуса роботов из пластика?
Безусловно. Роботы обычно имеют металлический каркас, но для их внешней оболочки, кожухов и корпусов часто используются прочные пластмассы, такие как АБС-пластик или поликарбонат. Пластик отлично изолирует электричество, поэтому он так широко используется в электротехнике. Для функциональных компонентов, таких как шестерни и втулки с низким коэффициентом трения, можно также встретить конструкционные пластмассы, например, полиоксиметилен (ПОМ, также известный как Делрин).
Наша конструкция имеет острые внутренние углы. Представляет ли это проблему для обработки на станках с ЧПУ?
Да. Вращающаяся фреза не может создать идеально острый внутренний угол; она всегда оставит радиус. Если вы спроектируете деталь с заданным внутренним радиусом, соответствующим стандартному размеру концевой фрезы, вы получите более быструю и эффективную обработку, а также более качественный результат. Если вам действительно нужны острые углы, мы можем предложить услуги электроэрозионной обработки, но это будет стоить дороже и займет больше времени.
В чём разница между анодированием и порошковой покраской деталей роботов?
Анодирование — это обработка поверхности, при которой алюминий становится прочнее и устойчивее к износу и коррозии. Покрытие тонкое и обеспечивает точные размеры. Порошковая покраска — это толстый слой, наносимый для защиты внешней поверхности робота от выцветания и воздействия химических веществ. Однако иногда это может повлиять на точность изготовления.
