경량화 로봇: 사출 성형된 고강도 플라스틱 기어박스 및 브래킷

빠른 답변

고강도 플라스틱 사출 성형은  기계 조립에 필요한 강성, 치수 안정성, 내마모성 및 반복성을 유지하면서 산업용 로봇 부품의 무게를 줄일 수 있습니다.

의 경우 로봇 브래킷, 경량 기어박스, 기어 캐리어, 하우징 및 2차 변속기 부품 유리 충전 PA와 같은 섬유 강화 플라스틱은 높은 중량 대비 강성 비율을 제공할 수 있습니다. 낮은 마찰, 내마모성, 온도 안정성 또는 더 높은 기계적 성능이 필요한 경우 POM, PBT, PPS 및 PEEK를 고려할 수 있습니다.

중요한 것은 단순히 금속을 플라스틱으로 바꾸는 것이 아닙니다. 성공적인 경량화는 에 따라 달라집니다 . 재료 선택, 구조적 기하학적 구조, 금형 설계, 사출 매개변수, 수축 제어 및 기능 공차  하나의 시스템으로 개발되는

산업용 로봇 공학에서 경량화가 중요한 이유

움직이는 로봇 어셈블리의 질량을 줄이면 페이로드, 가속도, 액추에이터 로드 및 에너지 소비 간의 균형을 개선할 수 있습니다.

이로 인해 엔지니어링 플라스틱은 전체 기본 구조 하중을 전달하지 않는 부품에 매력적입니다. 또한 사출 성형은 리브, 보스, 장착 기능, 케이블 가이드 및 기타 기능을 단일 구성 요소로 통합하여 부품 수와 조립 복잡성을 줄일 수 있습니다.

일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

·  로봇 브래킷 및 센서 마운트

·  경량 기어박스 하우징

·  기어캐리어 및 보조기어

·  모터 및 액추에이터 하우징

·  그리퍼 부품

·  케이블 관리 구성요소

토크가 높은 샤프트, 기본 하중 경로 또는 극한 온도 응용 분야의 경우 금속이 더 나은 선택일 수 있습니다. 엔지니어링 목표는 최고의 성능 대 무게 비율을 제공하는 위치에 각 재료를 배치하는 것입니다.

고강도 플라스틱 사출 성형을 위한 재료 선택

최고의 폴리머는 하중, 온도, 습기, 마찰, 마모, 치수 요구 사항 및 생산량에 따라 달라집니다.

섬유 강화 플라스틱은  단순히 벽 두께를 늘리지 않고도 강성을 높일 수 있습니다. 그러나 섬유 배향은 방향성 기계적 및 수축 거동을 생성하므로 DFM 중에 게이트 위치와 흐름 분석이 중요해집니다.

로봇 브래킷의 경우 유리 충전 PA는 강성과 낮은 질량이 우선시되는 경우 강력한 후보가 될 수 있습니다. 정밀 기어의 경우 낮은 마찰과 내마모성이 지배적일 때 POM이 더 적합할 수 있습니다.

주요 엔지니어링 과제

1. 무게 증가 없이 강성 증가

단순히 플라스틱 벽을 더 두껍게 만들면 질량이 추가되는 동시에 싱크 마크, 내부 응력, 수축 차이 및 냉각 주기가 길어질 위험이 높아집니다.

보다 효율적인 설계에서는 다음을 사용합니다.

·  최적화된 벽 두께

·  구조용 리브

·  거싯

·  국부보강

·  하중 경로 중심의 형상

리브 레이아웃은 구성 요소 주위에 균일하게 추가되는 것이 아니라 실제 힘 방향을 따라야 합니다.

2. 기어박스 정렬 유지

성형된 기어박스 하우징에는 다음과 같은 몇 가지 중요한 인터페이스가 포함될 수 있습니다.

·  베어링 보어

·  기어 샤프트 위치

·  모터 장착면

·  다웰 구멍

·  패스너 패턴

·  밀봉 표면

모든 치수에 동일한 공차가 필요한 것은 아닙니다.

대신 중요한 공차 체인은 제어하는 ​​기능에 중점을 두어야 합니다. 베어링 맞춤, 샤프트 정렬, 기어 중심 거리 및 어셈블리 반복성을 .

이러한 기능적 접근 방식은 기어박스의 성능을 보호하는 동시에 중요하지 않은 기능에 대한 불필요한 엄격한 공차를 방지합니다.

3. 기어 정확도 및 백래시 제어

플라스틱 기어 성능은 캐비티 정확도 이상의 요소에 따라 달라집니다.

최종 형상은 다음의 영향을 받을 수 있습니다.

·  수지 수축

·  금형온도

·  포장압력

·  냉각속도

·  섬유 배향

·  수분 함량

·  작동 온도

백래시는 시스템 수준에서도 평가되어야 합니다. 백래시가 너무 많으면 위치 오류와 소음이 증가하고, 간격이 부족하면 마찰과 톱니 간섭이 발생할 수 있습니다.

이러한 이유로 기어 형상, 재료 거동, 하우징 정렬 및 작동 조건을 함께 평가해야 합니다..

4. 수축 및 변형 관리

고르지 못한 벽 두께, 섬유 배향, 보압 및 냉각으로 인해 수축 차이가 발생할 수 있습니다.

경량 기어박스에서는 적당한 변형이라도 베어링 정렬이나 장착 평탄도에 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서 변형 방지는 부품 형상 및 금형 흐름 계획 에서부터 시작되어야 합니다.생산 시작 후 성형기 조정뿐만 아니라

기술 솔루션: 사출 공정 제어

재료와 형상이 설정되면 공정 매개변수에 따라 부품을 일관되게 생산할 수 있는지 여부가 결정됩니다.

강화 재료의 경우 게이트 위치는 특히 중요합니다 . 섬유 방향에 영향을 미치고 그에 따른 국부적인 강성과 수축에 영향을 미치기 때문에

프로세스 검증은 단일 기계 설정에 의존하기보다는 반복 가능한 운영 창을 설정해야 합니다.

로봇 브래킷 및 경량 기어박스용 DFM

DFM은 툴링이 시작되기 전에 완료되어야 합니다.

로봇공학 구성 요소는 다음 사항을 검토해야 합니다.

벽 두께:  단면을 최대한 균일하게 유지하고 불필요한 재료 축적을 방지합니다.

리브 및 보스:  국부적으로 과도한 두께를 생성하지 않고 구조적 보강을 추가합니다.

드래프트:  기능적 표면을 손상시키지 않고 안정적인 배출을 위해 충분한 드래프트를 제공합니다.

게이트 위치:  유동 길이, 웰드 라인, 섬유 방향 및 구조적 하중을 고려하십시오.

분할선:  불리한 분할선 조건에 중요한 베어링 또는 밀봉 인터페이스를 직접 배치하지 마십시오.

이젝션:  얇거나 정밀한 형상의 왜곡을 방지하기 위해 이젝터를 배치합니다.

공차 전략:  중요한 기능적 차원과 중요하지 않은 외관적 차원을 분리합니다.

강력한 DFM 프로세스는 네 가지 변수를 연결합니다.

재료 → 형상 → 금형 → 공정

이는 재료 거동과 금형 설계가 최종 치수 결과에 직접적인 영향을 미치기 때문에 섬유 강화 플라스틱의 경우 특히 중요합니다.

엔지니어링 사례: 경량 로봇 기어박스 하우징

원래 다중 부품으로 가공된 알루미늄 어셈블리로 설계된 로봇 기어박스 하우징을 생각해 보십시오.

DFM 검토를 통해 강화 폴리머로 변환할 수 있는 여러 비내력 영역을 식별합니다. 벽 두께를 늘리는 대신 재설계에서는 구조적 리브와 통합 장착 보스를 도입했습니다.

그러면 엔지니어링 팀은 다음을 수행합니다.

1. 적합한 섬유 강화 폴리머를 선택합니다.

2. 베어링 보어와 샤프트 위치를 중요한 기능으로 정의합니다.

3. 기능적 부하 경로 주변의 게이트 배치를 최적화합니다.

4. 수축 및 변형 위험을 평가합니다.

5. 치수 및 조립 검사를 통해 성형 하우징을 검증합니다.

목표는 단순히 하우징을 더 가볍게 만드는 것이 아닙니다. 것입니다. 기어박스 성능을 결정하는 인터페이스를 유지하면서 질량과 부품의 복잡성을 줄이는 .

이는 경량화가 재료 대체 문제가 아니라 근본적으로 시스템 설계 문제인 이유를 보여줍니다.

로봇 부품용 플라스틱 대 알루미늄

플라스틱이 모든 곳에서 금속을 대체할 필요는 없습니다.

실용적인 하이브리드 아키텍처는 샤프트, 높은 토크 인터페이스 및 기본 하중 경로에 금속을 사용하는 동시에 하우징, 브래킷, 캐리어, 커버 및 보조 메커니즘에 강화 플라스틱을 사용할 수 있습니다.

산업용 로봇 부품의 품질 관리

품질 검사는 기능을 결정하는 특징에 초점을 맞춰야 합니다.

기어박스 하우징의 일반적인 중요한 특성은 다음과 같습니다.

·  베어링 내경 치수

·  축심거리

·  홀 위치

·  장착 평탄도

·  임계벽 치수

·  전반적인 뒤틀림

육안 검사를 통해 플래시, 미성형, 싱크 마크, 번 마크, 눈에 보이는 웰드라인 문제 등의 성형 결함을 식별할 수 있습니다.

정밀 프로젝트의 경우 초도품 검사 및 치수 검증은 성형 공정이 정의된 기능 요구 사항을 일관되게 충족하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.

목표는 모든 곳에 가장 엄격한 허용 오차를 적용하는 것이 아닙니다. ​​것입니다. 조립, 정렬, 로봇 동작을 결정하는 치수를 제어하는 .

프로토타입 툴링부터 생산까지

로봇공학 구성요소는 생산 전에 여러 번의 설계 반복이 필요한 경우가 많습니다.

실제 개발 경로는 다음과 같습니다.

CAD → DFM → 프로토타입 툴링 → 기능 테스트 → 설계 최적화 → 생산 툴링 → 대량 생산

프로토타입 사출 성형은 외관 전용 프로토타입보다 생산 재료 동작을 더 잘 표현하므로 엔지니어는 생산 툴링을 시작하기 전에 강성, 맞춤, 기어 백래시, 열 변형 및 조립 인터페이스를 평가할 수 있습니다.

이는 작은 기하학적 변화가 기계적 성능에 영향을 미칠 수 있는 복잡한 에 특히 유용합니다 경량 기어박스 및 로봇 브래킷 .

FAQ: 로봇공학을 위한 플라스틱 사출 성형

Q1:사출 성형 로봇 브래킷에 가장 적합한 플라스틱은 무엇입니까?

유리 충전 PA는 높은 강성, 낮은 무게 및 구조적 성능이 필요할 때 종종 고려됩니다. 최종 선택에서는 온도, 습기, 피로, 충격 및 치수 안정성도 고려해야 합니다.

Q2: 유리 충전 나일론이 로봇 브래킷의 알루미늄을 대체할 수 있습니까?

일부 응용 프로그램에서는 그렇습니다. 브래킷이 높은 강성 대 중량 비율을 요구하지만 극심한 구조적 또는 열적 하중을 전달하지 않는 경우에 가장 적합합니다.

Q3: 기어박스 하우징에 플라스틱 사출 성형을 사용할 수 있습니까?

예. 강화 폴리머는 다양한 기어박스 하우징, 캐리어, 커버 및 보조 변속기 부품에 사용될 수 있습니다. 베어링 정렬, 수축, 변형 및 열팽창을 제어해야 합니다.

Q4:사출 성형 로봇 부품의 변형을 어떻게 제어합니까?

균일한 벽 두께, 적절한 리브 형상, 균형 잡힌 게이팅, 제어된 패킹 및 균형 잡힌 냉각으로 시작하십시오. DFM 중에는 재료별 수축 및 섬유 배향도 고려해야 합니다.

Q5: 플라스틱 기어는 산업용 로봇에 적합합니까?

이는 선택된 로봇 메커니즘 및 보조 변속기에 적합할 수 있습니다. 기어 재질, 톱니 형상, 백래시, 마모, 온도 및 결합 부품 공차를 함께 평가해야 합니다.

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