Tűrések, felületek és költségek robotcsuklókhoz, hullámművekhez és szerkezeti alkatrészekhez: mit érdemes előírni, és hol lehet lazítani

Mely jellemzők igényelnek valóban mikronszintű tűrést

A tűrés költsége a jellemző kritikusságát követi, nem a rajzon szereplő általános, darabonkénti alapértéket. A szoros méretelőírás lassabb megmunkálást, extra megmunkálási műveleteket és több ellenőrzési időt kényszerít, és az egyik forrás megjegyzi, hogy a ±0.01 mm a ±0.1 mm-vel szemben megduplázhatja az ellenőrzési időt és a selejtarányt²⁰.

Ezért fordulhat elő, hogy ugyanazon a darabon néhány jellemző mikronszintű, minden más pedig sokkal lazább általános tűrést kap. A repülőgépipari gyakorlat jól mutatja ezt a megoszlást.

Egy repülőgépipari alkatrészen a csapágyfészkek ±0.005 mm értéken állnak Ra 0.4 µm mellett, miközben az általános, nem kritikus jellemzők ±0.05 mm és ±0.127 mm értéket kaphatnak³⁰.

A robotikában az egyik beszállító úgy fogalmaz, hogy a CNC megmunkálás ±0.01 mm és ±0.05 mm közötti pontosságot ér el, és hogy ez a tartomány szükséges a szervo-motoros rögzítésekhez, a csapágyházakhoz és a hullámműves csatolófelületekhez¹⁶. Mindkét szám beszállítói szintű oldalról származik, ezért tekinthetjük őket bejelentett gyakorlatnak, nem pedig kötelező szabványnak.

Amikor csuklóházat vagy hullámműves karimát méretez, kérdezze meg, mely méretek pozicionálnak csapágyat, fogaskerék-kapcsolást vagy illesztési referenciát, és a szoros előírást azokra tartogassa. Minden más az általános tűrésosztályt kaphatja.

A források egyetlen konkrét robotcsukló vagy hullámmű típushoz sem írnak elő kötelező tűrést, tehát a leírt értéknek a saját illesztésszámításából kell jönnie, és a gyártóval kell egyeztetni.

Mely felületek igényelnek finom felületet, és melyek maradhatnak megmunkálási állapotban

A felületi minőség úgy viselkedik, mint a tűrés: a költségugrás a megmunkálási állapot és egy előírt finom felület között van, nem két finom érték között. Ra 3.2 µm a megmunkálási állapot, míg Ra 0.8 µm egy másodlagos megmunkálási műveletet igényel, így a finomabb előírás minden általa érintett felületen plusz megmunkálási műveletet jelent²⁰.

A finom felületek több megmunkálási műveletet is igényelnek, ezért csak a kritikus felületekre szabad őket előírni²⁸. Egy robotcsuklón azok a felületek igazolják a finom felületet, amelyek illesztési, csapágy- vagy tömítési funkciót töltenek be.

A repülőgépipari csapágyfészkek Ra 0.4 µm értéken szerepelnek³⁰, ami finomabb az Ra 0.8 µm-es általános másodlagos műveleti küszöbnél, és a csapágy illesztését tükrözi, nem az egész darabét. Ha Ra 0.8 µm-et ír elő esztétikai vagy hézagfelületre, olyan műveletet fizet, amely nem ad semmit az összeszereléshez.

Egy gyakorlati ellenőrzés a rajz kiadása előtt: jelölje meg minden felületet megmunkálási állapotként, kivéve ha csapágyat ültet, tömít, vagy precíziós illesztőfelületet alkot. A források nem közölnek robotcsuklókra jellemző tömítőfelületi minőségi követelményeket, ezért ha a csukló tömítést tartalmaz, az értéknek a tömítés gyártójától vagy a saját vizsgálati adataiból kell jönnie, nem ezekből a forrásokból.

Anyagválasztás komponentenként az erősebb anyag helyett

Az anyagválasztás az alapanyag árát és a megmunkálási időt is változtatja, és a két hatás azonos irányba mutat.

Az 6061-T6 alumíniumba kiváló megmunkálhatóságot sorolnak alacsony költséggel, a 7075-T6-ba jó megmunkálhatóságot közepes költséggel és az alumíniumötvözetek közül a legjobb szilárdság–tömeg aránnyal, a 4140 ötvözött acélba pedig jó megmunkálhatóságot közepesen alacsony költséggel és magas szilárdsággal hőkezelés után⁵. A Grade 5 titánt nehezen megmunkálhatónak és drágának sorolják, a PEEK mérsékelt megmunkálhatóságot nyújt magas költséggel⁵.

A nehéz anyagok lassabban vághatók, gyorsabban kopják a szerszámot, és szigorúbb folyamatellenőrzést kívánnak, ami költségként és átfutási időként egyaránt megjelenik²⁷. Az egyik forrás szerint a titán 30–100%-kal emeli az 5 tengelyes óravadíjakat²⁹.

Ez a szám egyetlen beszállítói szintű oldalról származik, forrásspecifikus megfigyelés, nem piaci szabály, de jól mutatja az irányt: a felár az óravadíjban ül, nem csak az alapanyagban. Robotkar-elemhez vagy alapvázhoz a 6061-T6 az alap, hacsak a terhelési eset vagy a tömegkeret ki nem zárja.

Lépjen át 7075-T6-ra vagy 4140-re, ha a szilárdsági vagy fárási követelmény valós, és a titánt vagy a PEEK-et azokra az alkalmazásokra tartogassa, amelyeknek pontosan ezek a tulajdonságaik kellenek⁵²⁶. A források nem hasonlítják össze a darabköltséget 7075, 4140, titán és rozsdamentes acél között azonos robotikai geometriára, ezért az összehasonlítást a saját darabján kell elvégezni.

A gyártási folyamat igazítása a darabszámhoz és a tervezés érettségéhez

A folyamatdöntés arról szól, hogy már vállalt-e szerszámozást vagy sem. A CNC megmunkálás nem kíván szerszámot, és könnyen feldolgozza a konstrukciós változásokat, ezért prototípusokhoz, kis darabszámhoz és szoros tűrésű jellemzőkhöz pozicionálják¹⁷¹⁹.

A nyomásöntés és a fröccsöntés nagyobb darabszámnál válik gazdaságossá, ha a szerszámbefektetést már sok darab viseli⁶¹⁷. A nyomásöntés ±0.1 mm per 25 mm értékű tűrést is tarthat az anyagtól és az alkatrész kialakításától függően, és a jellemzők finomítására vagy szorosabb méretspecifikációk elérésére további CNC megmunkálás is illeszthető⁶.

Ez azt jelenti, hogy egy öntött csuklóháznak továbbra is lehet megmunkált csapágyfészek kell: a folyamatválasztás nem szünteti meg a szoros tűrés lépését, csak áthelyezi.

Ha a tervezés még változik, vagy a darabszám a prototípus és a kis darabszám tartományában van, a CNC a kisebb kockázatú út, mert egy revírió új programot, nem új szerszámot fizettet¹⁷²⁴. Ha a tervezés stabil és a darabszám elég a szerszámozás amortizálásához, az öntés vagy a fröccsöntés átveheti a tömeggeometriát⁶¹⁷.

A források nem adnak számszerű darabszám-küszöböt arra nézve, hogy ez az átfordulás mikor következik be robotalkatrészeknél, ezért a fedezeti pontot a saját szerszámanyag-ajánlatából és a darabszámból kell kiszámítani.

A rajzról kikerülendő tervezési elemek az árajánlatkérés elküldése előtt

Ezek az elemek nagy kinyúlású vagy kis átmérőjű szerszámokat, több befogást és lassabb pályákat kényszerítenek, ami növeli a megmunkálási időt és költséget¹³²⁷²⁸. Rajzszinten kiszűrni őket olcsóbb, mint mindegyik darabon megfizetni őket.

Az ellenőrzés és a tanúsítás igazítása az alkalmazáshoz

Az ellenőrzés és a tanúsítás tételsor, nem rezsi. A teljes CMM-es első darab ellenőrzése $150–$500 lotonként, a PPAP Level 3 pedig többet ad hozzá²⁰.

A repülőgépipari és védelmi munka 20–50% felárat visel az 5 tengelyes díjakra a nyomon követhetőség, a minőségbiztosítási rendszerek és a különleges anyagok miatt²⁹. Mindkét szám beszállítói szintű oldalról származik, ezért árajánlatok összehasonlításának skálaként használja őket, nem költségvetési számként.

A tanúsítási szintnek a végső felhasználást kell követnie. Az ISO 9001 a legtöbb ipari munkát lefedi, az AS9100D a repülő hardverhez szükséges, az A2LA akkreditáció pedig a mérési kompetenciát igazolja a minőségirányítási rendszertől elkülönítve²¹.

Egy soha fel nem szálló ipari robottól az AS9100D és az ITAR csak költséget ad anélkül, hogy a darabot változtatná. Védelmi vagy űralkalmazásnál ezek a belépőjegyek, és a beszállítói kör az igazolt műhelyekre szűkül²⁹³⁰.

Mielőtt megírja az ellenőrzési záradékot, döntse el, milyen bizonyítékra van valójában szüksége: első darab jelentésre, CMM-jelentésre a kritikus jellemzőkről, vagy teljes PPAP-csomagra. A források nem számszerűsítik a CMM, FAI vagy PPAP átfutási idejére gyakorolt hatását robotalkatrészeknél, és az ISO 9001 önmagában (nem repülőgépipari) költséghatását sem, ezért ezeket a hatásokat a gyártóval kell egyeztetni.

Az átfutási idő tervezése a leglassabb lépés, nem a megmunkálás köré

Az átfutási időt a leglassabb bemenet szabja meg, amely gyakran nem a megmunkálás. Az egyik beszállító 7–15 napot ad meg robotalkatrészekre, teljes CMM-ellenőrzéssel és anyagbizonyítványokkal együtt¹⁶.

Egy darabos CNC prototípusra egy másik forrás 2–5 munkanapot ad, a szerkezeti alkatrészek fém DMLS-e 7–14 munkanap alatt fut, utólagos megmunkálással és ellenőrzéssel együtt²⁵. Egy harmadik forrás a tipikus féprototípus-átfutási időket 1 nap és 3 hét között adja meg a módszertől és a bonyolultságtól függően²³.

Ezek beszállítói szintű, eltérő hatókörű számok, ezért tervezési tartományként hasznosak, nem elkötelezettségként. A nehéz anyag, a bonyolult geometria, a felületkezelés és az ellenőrzés mind-mind hátráltatja az ütemtervet.

A titán és a PEEK nehezen megmunkálhatónak és drágának sorolt anyag, és az okozott lassabb megmunkálás és szerszámkopás az átfutási időt is nyújtja, nem csak az árat⁵²⁹. Ha a darabja csapágyfészekre finom felületet és teljes CMM-jelentést is kér, mindkét lépés a kritikus úton ül a megmunkálás után.

Ütemterv építésekor kérje a műhelytől, hogy a kész, ellenőrzött darabra adja meg az átfutási időt, ne a megmunkált darabra, és kérdezze meg, melyik lépés szabja meg. A források nem számszerűsítik az ellenőrzés átfutási időre gyakorolt hatását robotalkatrészeknél, ezért erre a válasz a beszállítótól jön.

What the sources do not establish

• Egyetlen forrás sem ad számszerűsített darabköltség-görbét, amely konkrét tűrés- vagy Ra-értékeket konkrét robotcsukló-, hullámmű- vagy szerkezeti alkatrész jellemzőkhez kötné.
• Egyetlen forrás sem ad számszerű darabszám-küszöböt arra, hogy a CNC mikor válik drágábbá az öntésnél vagy a fröccsöntésnél robotalkatrészek esetén.
• Egyetlen forrás sem számszerűsíti az ellenőrzés (CMM, FAI, PPAP) átfutási időre gyakorolt hatását robotalkatrészeknél.
• Egyetlen forrás sem számszerűsíti az ISO 9001 önmagában (nem repülőgépipari) költséghatását robotalkatrészeknél.
• Egyetlen forrás sem ad fogprofil-tűrési követelményeket a hullámművekhez.
• Egyetlen forrás sem ad robotcsuklókra jellemző tömítőfelületi minőségi követelményeket.
• Egyetlen forrás sem ad fáráskritikus szerkezeti alkatrészek felületi minőségi követelményeit robotkarokhoz vagy vázakhoz.
• Egyetlen forrás sem hasonlítja össze a darabköltséget 7075 alumínium, 4140 acél, titán és rozsdamentes acél között azonos robotikai alkatrész-geometriára.