Usinage de précision des bras robotiques : analyse de l'ensemble du processus, des matériaux aux produits finis

Selon les différentes conditions de force et scénarios d'application, les pièces du bras mécanique utilisent principalement les types de matériaux suivants :

Alliage d'aluminium (tel que 6061-T6, 7075-T6) : adapté aux composants légers tels que les armes légères et les effecteurs terminaux des bras robotiques. L'alliage d'aluminium a une faible densité et une bonne aptitude au traitement, mais le matériau est relativement « mou » et a tendance à coller à l'outil de coupe pendant le traitement, ce qui nécessite la sélection de paramètres de coupe appropriés.

Acier de construction allié (tel que 40Cr, 42CrMo) : convient aux composants porteurs-tels que les joints et les bases. Ce type de matériau présente une résistance élevée et une bonne résistance à l’usure, mais il entraîne une usure importante des outils. Il est nécessaire d'utiliser des outils revêtus résistants à l'usure et de confirmer si la dureté de trempe et de revenu se situe dans la plage HB285-322 avant le traitement.

Acier inoxydable (tel que 304, 316) : adapté aux bras robotisés dans les industries agroalimentaire et médicale. L'acier inoxydable a une mauvaise conductivité thermique et est sujet à l'accumulation de copeaux, ce qui nécessite un contrôle strict du débit et de la vitesse du fluide de coupe.

Pour les surfaces complexes, les cavités profondes et les structures à parois minces des bras robotiques, l'usinage de liaison à cinq axes est un processus clé pour garantir la précision. Sur la base de l'expérience de traitement, les étapes suivantes doivent être soigneusement contrôlées :

Prétraitement du matériau : vérifiez si la dureté du matériau est adaptée au traitement (généralement HB220-280 est préféré). S'il y a une contrainte résiduelle dans le matériau, un recuit de détente doit être effectué en premier pour éviter toute déformation pendant le traitement.

Optimisation du serrage : les composants du bras du robot sont pour la plupart des pièces irrégulières, telles que les sièges d'articulation en forme de "L" et les petits bras en forme de "longue bande". Des luminaires spéciaux ou des luminaires modulaires doivent être utilisés pour garantir un positionnement précis, un serrage serré et une déformation minimale. Pour les zones à parois minces-, des blocs de support auxiliaires doivent être ajoutés pour éviter le renflement pendant le traitement.

Planification du parcours d'outil : la coupe en couches est utilisée lors de la phase d'usinage grossier et le fraisage cycloïdal est utilisé pour réduire la charge de l'outil ; Au cours de l'étape d'usinage de précision, le fraisage des contours est utilisé pour les surfaces de haute -précision afin de garantir que la hauteur résiduelle sur la surface est inférieure ou égale à Ra1,6 μm. Pour les structures à cavité profonde, il est nécessaire de régler l'angle d'inclinaison de l'axe de l'outil pour éviter les interférences entre la broche et la pièce.

Correspondance des paramètres de coupe : lors du traitement de l'acier allié, la vitesse de coupe de l'usinage grossier est de 80-120 m/min et l'usinage de précision peut être augmenté jusqu'à 200-250 m/min. Il est également contrôlé par un système de refroidissement interne à haute pression (au-dessus de 70 bars) pour contrôler la température de la zone de découpe.

Après l'usinage, les pièces des bras robotiques nécessitent généralement un traitement de surface pour améliorer la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion ou l'apparence.

Anodisation dure : adaptée aux composants en alliage d'aluminium, avec une épaisseur de film d'oxyde allant jusqu'à 30 à 60 µm et une dureté de surface de HV400 à 600, c'est un choix idéal pour les articulations de bras robotiques et les charnières de lignes de production automatisées.

Nickelage chimique : adapté aux composants de précision, l'uniformité du revêtement peut atteindre ± 1 µm et les structures complexes peuvent être couvertes sans alimentation externe, avec une excellente résistance à la corrosion.

Oxydation par micro-arc : dans des conditions de travail extrêmes, un revêtement céramique peut être généré in situ sur la surface des alliages d'aluminium, avec une dureté allant jusqu'à HV1500-2000 et une limite de résistance à haute température de 2500 degrés, mais le coût est relativement élevé.

Pour garantir la fiabilité à long terme des composants du bras robotique, plusieurs inspections de qualité sont nécessaires pendant le processus d'usinage.

Mesure en ligne : les palpeurs de machine-outil intégrés déclenchent des mesures automatiques après des processus critiques, compensant ainsi l'usure des outils en-temps réel.

Inspection à trois coordonnées : les surfaces de contact clés (telles que les trous de roulement) doivent être inspectées avec une CMM, et les tolérances de forme et de position doivent être contrôlées à moins de 0,01 mm.

Traçabilité des données : établissez un journal de traitement pour enregistrer les paramètres de traitement et les données d'inspection de chaque pièce, formant ainsi un fichier numérique traçable pour l'optimisation ultérieure du processus.

Dans le domaine de la recherche et du développement des robots, la technologie d’impression 3D abaisse la barrière matérielle. Par exemple, une équipe de l'École polytechnique fédérale de Zurich a développé la main robot humanoïde ORCA Hand, dans laquelle tous les composants structurels peuvent être fabriqués à l'aide d'une imprimante 3D classique pour un coût matériel inférieur à 2 000 francs suisses, offrant ainsi une plate-forme de recherche et développement abordable pour les laboratoires et universités de petite et moyenne taille. Cela indique également que la combinaison de l'impression 3D et de l'usinage CNC présente un grand potentiel dans le prototypage rapide et la production d'essais à petite échelle-de composants de robots.

Q1 : Comment éviter la déformation des parois minces-lors de l'usinage des pièces du bras robotique ?

Adopter une séquence d'usinage symétrique (comme le fraisage alterné des deux côtés) pour équilibrer les contraintes de coupe. Dans le même temps, l'ajout d'un support auxiliaire ou l'utilisation de ventouses à vide dans les zones à parois minces-peut réduire la déformation de serrage.

Q2 : Que dois-je faire si l'outil de coupe est sujet à l'écaillage pendant le traitement de l'acier allié ?

Vérifiez si les paramètres de coupe correspondent, limitez la profondeur de coupe maximale (inférieure ou égale à 2 mm) lors de l'usinage grossier et vérifiez le faux-rond de l'outil (inférieur ou égal à 0,01 mm) avant l'usinage de précision. Choisissez des outils de coupe revêtus de TiAlN pour améliorer la dureté rouge.

Q3 : Pouvons-nous proposer un devis sans dessins 3D ?

Suggérez de fournir des dessins 3D au format STEP ou IGS, car il s'agit de la base de devis la plus précise. Si seuls des dessins ou des échantillons 2D sont disponibles, des services de modélisation inverse peuvent être fournis (moyennant un coût supplémentaire).

Q4 : Quel est le délai de livraison typique pour l’usinage CNC de pièces de bras robotique ?

Les échantillons/petits lots prennent généralement 3 à 7 jours ouvrables, tandis que la production en lots moyens prend 7 à 15 jours ouvrables, en fonction de la complexité et de la quantité des pièces.

Q5 : Le traitement de surface a-t-il un impact sur la taille ?

influent. L'épaisseur du film anodisé dur est d'environ 30 à 60 µm et l'épaisseur du placage de nickel autocatalytique est d'environ 5 à 15 µm. Lors de la conception, il est nécessaire de réserver une marge de traitement ou d'indiquer « traiter d'abord, traiter ensuite ».

Shenzhen StrongD Model a plus de 14 ans d'expérience dans l'usinage de précision CNC, équipé de centres d'usinage multi-axes, d'équipements d'impression 3D et d'une ligne de production complète de traitement de surface. Nous sommes spécialisés dans la fabrication de composants pour des secteurs tels que la robotique, l'automobile et la santé, fournissant des solutions uniques-de la validation des prototypes à la production de masse. Bienvenue à nous envoyer des dessins pour consultation. Nous vous fournirons une analyse DFM gratuite et un devis précis.

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