Решения для твердого анодирования и нанесения покрытий на компоненты узлов роботов, работающих в тяжелых условиях

Как обработка поверхности повышает износостойкость, характеристики трения и надежность сборки

Быстрый ответ

Правильная отделка компонентов соединения робота  имеет решающее значение для робототехнических систем, работающих в тяжелых условиях, поскольку компоненты соединения должны выдерживать повторяющиеся нагрузки, движения, трение и воздействие окружающей среды, сохраняя при этом точные размеры сборки. Для алюминиевых роботизированных соединений, обработанных на станках с ЧПУ, широко используется твердое анодирование  для улучшения твердости поверхности, износостойкости и защиты от коррозии без увеличения веса, связанного с обычными металлическими покрытиями.

Однако обработку поверхности нельзя выбирать независимо от механической обработки. Перед началом обработки на станке с ЧПУ необходимо учитывать толщину покрытия, отверстия подшипников, резьбовые отверстия, сопрягаемые поверхности, шероховатость поверхности и допуски на размеры. Для прецизионных роботизированных соединений наиболее надежным подходом является проектирование процессов обработки и отделки с ЧПУ как одного интегрированного производственного процесса.

Почему обработка компонентов соединения робота имеет значение

Соединения робота являются одними из наиболее механически требовательных частей робототехнической системы. В отличие от статических компонентов конструкции, корпуса шарниров, водила шестерен, опоры двигателя и компоненты рычажного механизма подвергаются повторяющимся движениям и циклическим нагрузкам.

Тяжелые соединения роботов могут испытывать:

·  Высокий крутящий момент и циклические нагрузки

·  Повторяющееся вращательное или колебательное движение

·  Контактный и скользящий износ

·  Вибрация и удары

·  Строгие требования к выравниванию

·  Длительные рабочие циклы

Эти условия делают обработку поверхности важной частью проектирования компонентов.

Для алюминиевых роботизированных соединений подходящая обработка поверхности может помочь улучшить:

Поэтому, когда инженеры ищут наилучшую отделку компонентов соединения робота , им следует оценить покрытие, а также выбор материала, точность обработки, шероховатость поверхности и условия эксплуатации.

Что затрудняет обработку тяжелых роботизированных соединений?

1. Высокие циклические нагрузки и поверхностный износ.

Соединения роботов непрерывно передают механические силы между двигателями, шестернями, подшипниками и структурными звеньями.

Суставы гуманоидных роботов, такие как тазобедренные, коленные, плечевые и локтевые узлы, могут быть особенно требовательными, поскольку одни и те же компоненты могут неоднократно ускоряться, замедляться и менять направление.

Алюминиевые сплавы, такие как 6061-T6 и 7075-T6, привлекательны для этих целей, поскольку они обеспечивают высокое соотношение прочности к весу. Однако необработанный алюминий имеет ограниченную поверхностную твердость по сравнению со многими сталями.

По этой причине компоненты роботизированных соединений из твердого анодированного алюминия  могут обеспечить полезное сочетание легкой конструкции и повышенной прочности поверхности.

2. Интерфейсы с жесткими допусками

Соединения роботов часто содержат несколько прецизионных интерфейсов внутри относительно небольшого компонента.

Примеры включают в себя:

·  Подшипниковые отверстия

·  Расположение валов

·  Особенности крепления шестерни

·  Моторные интерфейсы

·  Дюбельные отверстия

·  Резьбовые отверстия

·  Прецизионные сопрягаемые поверхности

Проблема заключается в том, что анодирование меняет состояние поверхности и размеры обрабатываемой детали.

Поэтому жесткое анодирование необходимо рассматривать на начальном этапе DFM, а не добавлять после того, как спецификации обработки уже определены.

3. Легкие конструкции сложнее обрабатывать.

Для уменьшения веса робота часто требуется:

·  Тонкостенные профили

·  Глубокие карманы

·  Реберные конструкции

·  Сложные изогнутые поверхности

·  Удаление материала вокруг несущих зон

Эти особенности могут снизить жесткость конструкции при обработке на станках с ЧПУ и увеличить риск деформации.

Для сложных корпусов шарниров роботов пятиосевая обработка может сократить количество наладок и улучшить доступ к нескольким поверхностям, одновременно помогая поддерживать позиционное соотношение между критически важными деталями.

Что такое жесткое анодирование алюминиевых деталей роботов?

Твердое анодирование, обычно называемое анодированием типа III, представляет собой электрохимический процесс, который превращает поверхность алюминия в слой оксида алюминия.

В отличие от краски или обычных гальванических покрытий, анодный слой формируется из самой алюминиевой подложки.

По данным Совета анодаторов алюминия, анодирование твердого покрытия типа III предназначено для применений, требующих высокой стойкости к истиранию и долговечности . В справочном руководстве AAC указана типичная толщина покрытия типа III примерно от 0,0005 до 0,0045 дюйма (12,7–114,3 мкм) , в зависимости от спецификации и применения.

Фактическая достижимая толщина покрытия зависит от следующих факторов:

·  Алюминиевый сплав

·  Состояние поверхности

·  Электролитная химия

·  Электрические параметры

·  Время обработки

·  Требуемые характеристики покрытия

Следовательно, толщину покрытия следует указывать в соответствии с функциональными требованиями роботизированного соединения, а не выбирать в качестве общего значения.

Как жесткое анодирование улучшает производительность соединений роботов

Износостойкость

Износостойкость является одной из основных причин, по которой инженеры выбирают твердое анодирование для алюминиевых механических компонентов.

Слой твердого анодного оксида обеспечивает более прочную поверхность, чем необработанный алюминий, помогая защитить компоненты, подвергающиеся многократному контакту и истиранию.

Это особенно актуально для:

·  Корпуса шарниров роботов

·  Держатели передач

·  Кронштейны привода

·  Компоненты структурных связей

Для инженеров, исследующих способы повышения износостойкости алюминиевых деталей роботов , твердое анодирование может быть эффективным решением, если материал подложки и рабочая среда подходят.

Снижение трения и контроль износа

Характеристики трения требуют более тщательного рассмотрения, чем простой выбор покрытия.

Твердое анодирование может обеспечить благоприятное трение и износостойкость, но фактический коэффициент трения зависит от нескольких факторов, в том числе:

·  Материал контртела

·  Шероховатость поверхности

·  Смазка

·  Контактное давление

·  Скорость скольжения

·  Температура

·  Условия анодирования

Следовательно, снижение трения  следует рассматривать как цель проектирования на уровне системы, а не как автоматическое свойство каждой твердой анодированной поверхности.

Для движущихся соединений робота инженеры должны оценить всю контактную пару и стратегию смазки.

Защита от коррозии

Роботизированное оборудование может работать в средах, содержащих влагу, чистящие химикаты или промышленные загрязнения.

Жесткое анодирование создает защитный оксидный слой, который может улучшить коррозионную стойкость алюминиевых компонентов.

Если требуется дополнительная защита окружающей среды, в зависимости от применения можно рассмотреть возможность герметизации или других совместимых процессов отделки.

Обработка на станке с ЧПУ и жесткое анодирование: как контролировать размеры

Основной проблемой при производстве роботизированных шарнирных деталей с жесткими допусками на станках с ЧПУ  является контроль размеров до и после обработки поверхности.

1. Припуск на покрытие

Конструкция должна учитывать указанную толщину анодирования.

Критические размеры не должны просто обрабатываться до окончательного номинального размера, а затем отправляться на покрытие.

Вместо этого инженеры должны определить:

·  Требуемый конечный размер

·  Спецификация покрытия

·  Ожидаемое изменение размеров

·  Требуемый припуск на механическую обработку

2. Отверстия подшипников

Посадочные места подшипников часто являются одними из наиболее важных элементов шарнира робота.

В зависимости от конструкции инженеры могут указать:

·  Контролируемое анодирование

·  Маскировка

·  Обработка после анодирования

·  Альтернативная обработка поверхности

Правильное решение зависит от требуемой посадки и работоспособности самой анодированной поверхности.

3. Нитки и маленькие отверстия

Резьбовые отверстия и небольшие прецизионные отверстия могут потребовать маскировки или дополнительных размеров.

Глухие отверстия также требуют пристального внимания к:

·  Химический дренаж

·  Покрытие покрытия

·  Уборка

·  Остаточные технологические жидкости

Эти детали должны быть идентифицированы во время DFM, а не обнаружены после производства.

4. Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности следует указывать в зависимости от функции.

Интерфейс подшипника, уплотняющая поверхность и внешняя поверхность конструкции не обязательно требуют одинаковой отделки.

Завышение шероховатости поверхности может увеличить стоимость обработки без улучшения производительности робота.

Руководство по инженерному проектированию роботизированной чистовой обработки соединений

Этот комплексный подход особенно важен для прецизионной обработки на станках с ЧПУ суставов гуманоидных роботов , где снижение веса и точность сборки должны быть достигнуты одновременно.

Выбор подходящего алюминия и отделки поверхности

Выбор материала и отделку следует оценивать вместе.

Для легких робототехнических конструкций часто предпочитают алюминий, когда важно уменьшить движущуюся массу.

Однако лучший материал зависит от:

·  Совместная нагрузка

·  Целевой вес

·  Обрабатываемость

·  Коррозионная среда

·  Требуемая обработка поверхности

·  Расходы

·  Требования к сборке

Жесткое анодирование против других вариантов покрытия

Для алюминиевых компонентов роботизированных соединений, где важны малая масса, долговечность и защита от коррозии, жесткое анодирование часто является хорошей отправной точкой.

Однако это не универсальное решение. Для компонентов, подвергающихся сильному износу при скольжении, высокому контактному давлению или специализированным химическим средам, может потребоваться другое покрытие или комбинация материалов.

Когда инженерам следует выбирать твердое анодирование?

Жесткое анодирование особенно подходит, когда компоненту соединения робота требуется:

·  Легкая алюминиевая конструкция.

·  Улучшенная твердость поверхности

·  Высокая стойкость к истиранию

·  Защита от коррозии

·  Контролируемая долговечность поверхности

·  Минимальный дополнительный вес покрытия

Его следует оценивать более тщательно, если компонент содержит высоконагруженные поверхности скольжения, чрезвычайно плотную функциональную посадку или поверхности, на которых анодированный слой может мешать сборке.

Ключевым моментом является сначала указать функциональные требования к поверхности, а затем выбрать процесс отделки..

Рекомендации по использованию DFM для компонентов соединений промышленных роботов

Для сложных роботизированных компонентов обработка поверхности должна быть включена в инженерную экспертизу перед производством.

Обзор DFM должен подтвердить:

1. Материал и характер

2. Критические допуски размеров

3. Требования к шероховатости поверхности

4. Спецификация жесткого анодирования

5. Толщина покрытия

6. Требования к маскировке

7. Подшипниковые и сопряженные интерфейсы

8. Требования к проверке

Dawang Precision применяет этот комплексный подход к прецизионным роботизированным конструкционным компонентам, сочетая возможности обработки с ЧПУ с пятиосной обработкой, контролем размеров и инженерным анализом. Производственная база компании включает более 400 станков с ЧПУ , включая пятиосное оборудование Mazak и Röders.

Целью является не просто достижение обработанного размера, а обеспечение правильной работы готового компонента после механической обработки, анодирования, проверки и сборки..

Бесплатная оценка DFM для компонентов вашего робота

Надежная отделка компонентов роботизированного соединения  начинается с проектирования, а не с линии анодирования.

Если вы разрабатываете соединения роботов для тяжелых условий эксплуатации, корпуса приводов, водила шестерен или легкие конструктивные компоненты роботов, отправьте свои чертежи в формате STEP или PDF  команде инженеров Dawang Precision.

Мы можем рассмотреть:

·  Возможность механической обработки

·  Критические допуски

·  Требования к отделке поверхности

·  Рекомендации по анодированию

·  Интерфейсы сборки

·  Потенциальные улучшения DFM

Отправьте свой чертеж в формате STEP или PDF для бесплатной оценки DFM и получите обратную связь от инженеров в течение 24 часов.

Часто задаваемые вопросы: обработка компонентов соединения робота

Вопрос 1: Какая обработка алюминиевых компонентов роботизированного соединения является лучшей?

Твердое анодирование часто является хорошим выбором, когда компоненту требуется повышенная износостойкость, твердость поверхности и защита от коррозии при сохранении весовых преимуществ алюминия.

В2: Изменяет ли жесткое анодирование размеры ЧПУ?

Да. Анодный слой изменяет окончательные размеры поверхности, поэтому при программировании ЧПУ и DFM следует учитывать толщину покрытия и размерную компенсацию.

В3: Подходит ли твердое анодирование для отверстий подшипников?

Возможно, но ответ зависит от требуемой посадки подшипника и функциональной поверхности. Для критических отверстий может потребоваться маскирование, контролируемое покрытие или механическая обработка после обработки.

В4: Уменьшает ли жесткое анодирование автоматически трение?

Нет. Трение зависит от всей контактной системы, включая материал контртела, шероховатость, смазку, нагрузку и скорость. Твердое анодирование может способствовать благоприятному износу и трению, но его не следует рассматривать как универсальное покрытие с низким коэффициентом трения.

Вопрос 5: Какой алюминий лучше подходит для соединений роботов: 6061 или 7075?

7075-T6 обычно обеспечивает более высокую прочность, тогда как 6061-T6 обеспечивает превосходную обрабатываемость и сбалансированное сочетание механических и коррозионных свойств. Соответствующий выбор зависит от нагрузки, веса, окружающей среды и производственных требований соединения.