Tolerancie, povrchy a náklady pre robotické kĺby, harmonické prevody a konštrukčné diely: čo špecifikovať a kde pustiť

Ktoré prvky skutočne potrebujú mikrónovú toleranciu

Cena tolerancie nasleduje kritickosť prvku, nie celodielovú predvolenú hodnotu vo výkrese. Tesná hodnota vynúti pomalšie rezanie, prídavné dokončovacie priechody a dlhšiu kontrolu a jeden zdroj poznamenáva, že ±0,01 mm oproti ±0,1 mm dokáže zdvojnásobiť čas kontroly aj podiel odpadu²⁰.

Preto ten istý diel môže niesť hrsť mikrónových prvkov a všade inde oveľa voľnejšiu všeobecnú toleranciu. Letecká prax toto delenie ukazuje jasne.

Na jednom leteckom dieli sedia sedlá ložísk na ±0,005 mm s Ra 0,4 µm, zatiaľ čo všeobecné nekritické prvky dostávajú ±0,05 mm až ±0,127 mm³⁰.

Pre robotiku jeden dodávateľ uvádza, že CNC obrábanie dosahuje ±0,01 mm až ±0,05 mm a že tento rozsah sa vyžaduje pri upevneniach servomotorov, skriniach ložísk a rozhraniach harmonických prevodov¹⁶. Obe hodnoty pochádzajú zo stránok úrovne dodávateľov, takže ich berte ako hlásenú prax, nie ako riadiaci predpis.

Keď nastavujete tolerancie na skrini kĺbu alebo prírube harmonického prevodu, opýtajte sa, ktoré rozmery umiestňujú ložisko, záber ozubenia alebo sediacu referenciu, a tesnú hodnotu si nechajte len pre ne. Všetko ostatné môže niesť všeobecnú triedu tolerancie.

Zdroje nezakladajú povinnú toleranciu pre žiaden konkrétny model robotického kĺbu ani harmonického prevodu, takže hodnota, ktorú zapíšete, má vyjsť z vlastného výpočtu uloženia a byť potvrdená s dielňou.

Ktoré povrchy potrebujú jemnú úpravu a ktoré môžu ostať po obrábaní

Povrchová úprava sa správa ako tolerancia: cenový skok je medzi stavom po obrábaní a zadanej jemnou úpravou, nie medzi dvomi jemnými hodnotami. Ra 3,2 µm zodpovedá stavu po obrábaní, kým Ra 0,8 µm vyžaduje druhý priechod, takže jemnejšia hodnota pridáva obrábaciu operáciu na každú plochu, ktorú pokrýva²⁰.

Jemné povrchy potrebujú aj viacero dokončovacích priechodov, a preto sa majú zadávať len na kritických plochách²⁸. Na robotickom kĺbe odôvodňujú jemnú úpravu povrchy s dosadacou, ložiskovou alebo tesniacou funkciou.

Letecké sedlá ložísk sa uvádzajú na Ra 0,4 µm³⁰, čo je jemnejšie ako všeobecná hranica druhého priechodu Ra 0,8 µm, a odráža to uloženie ložiska, nie celý diel. Ak dáte Ra 0,8 µm na estetickú alebo voľnú plochu, platíte za priechod, ktorý zostave nič nedá.

Praktická kontrola pred uvoľnením výkresu: označte každý povrch ako po obrábaní, pokiaľ nedosadá ložisko, netesní alebo nevytvára presnú dosadaciu plochu. Zdroje nepublikujú požiadavky na úpravu tesniacich plôch špecifické pre robotické kĺby, takže ak kĺb tesnenie má, hodnota musí prísť od dodávateľa tesnenia alebo z vašich vlastných skúšok, nie z týchto zdrojov.

Materiál voliť pre jednotlivé komponenty namiesto automaticky najsilnejšieho

Voľba materiálu mení aj cenu polotovaru aj čas obrábania a oba účinky smerujú rovnakým smerom.

Hliník 6061-T6 je hodnotený ako výborne obrobiteľný za nízke náklady, 7075-T6 ako dobre obrobiteľný za stredné náklady s najlepšou pevnosťou na hmotnosť medzi hliníkovými zliatinami a oceľ 4140 je dobre obrobiteľná za nižšie-stredné náklady s vysokou pevnosťou po tepelnom spracovaní⁵.

Titan Grade 5 je hodnotený ako náročný a drahý a PEEK ako stredne obrobiteľný za vysoké náklady⁵. Náročné materiály sa režú pomalšie, rýchlejšie opotrebúvajú nástroje a vyžadujú prísnejšie riadenie procesu, čo sa premieta do ceny aj dodacej lehoty²⁷.

Jeden zdroj uvádza, že titan pridáva 30–100 % k hodinovým sadzby pri 5 osách²⁹. Táto hodnota pochádza z jedinej strany úrovne dodávateľa a je to pozorovanie viazané na zdroj, nie trhové pravidlo, ale ukazuje smer: príplatok je v hodinovej sadzbe, nie len v polotovare.

Pre rameno robota alebo základný rám je 6061-T6 východiskom, pokiaľ to nevylučuje zaťaženie alebo hmotnostný rozpočet. Krok na 7075-T6 alebo 4140 urobte, keď je požiadavka na pevnosť alebo únavu reálna, a titan či PEEK si nechajte pre aplikácie, ktoré potrebujú ich špecifické vlastnosti⁵²⁶.

Zdroje neporovnávajú cenu za kus medzi 7075, 4140, titanom a nehrdzavejúcou oceľou pri tej istej robotické geometrii, takže porovnanie musí bežať na vašom vlastnom dieli.

Prispôsobiť výrobný proces objemu a zrelosti konštrukcie

Rozhodnutie o procese stojí na tom, či ste už investovali do nástrojov. CNC obrábanie nepotrebuje žiadne nástroje a ľahko prijíma konštrukčné zmeny, a preto je pozicionované pre prototypy, nízke objemy a prvky s tesnými toleranciami¹⁷¹⁹.

Tlakové liatie a vstrekovanie sa stanú ekonomickými pri vyšších objemoch, keď sa investícia do formy rozdelí na mnoho dielov⁶¹⁷. Tlakové liatie dokáže držať tolerancie až ±0,1 mm na 25 mm podľa materiálu a konštrukcie dielu a prídavné CNC obrábanie možno pridať na doladenie prvkov alebo dosiahnutie tesnejších rozmerových špecifikácií⁶.

To znamená, že liata skriňa kĺbu môže stále potrebovať obrábané sedlo ložiska, takže voľba procesu neodstraňuje krok s tesnou toleranciou; presúva ho. Ak sa vaša konštrukcia stále mení, alebo objem je v rozsahu prototypov a nízkej výroby, CNC je cesta s nižším rizikom, pretože revízia stojí nový program, nie novú formu¹⁷²⁴.

Keď je konštrukcia stabilná a objem dostatočne vysoký na rozloženie nástrojov, liatie alebo vstrekovanie môže prevziať objemovú geometriu⁶¹⁷. Zdroje nedávajú číselný objemový prah, pri ktorom sa táto prelomová hranica pre robotické komponenty dostaví, takže bod vyrovnania sa musí spočítať z vašej vlastnej ponuky formy a objemu dielov.

Konštrukčné prvky, ktoré treba vystrihnúť pred odoslaním RFQ

Tieto prvky vynucujú dlhý dosah alebo malé nástroje, viacero upnutí a pomalšie dráhy nástrojov, čo zvyšuje čas aj cenu obrábania¹³²⁷²⁸. Odstrániť ich vo fáze výkresu je lacnejšie než za ne platiť pri každom kuse.

• ✓Odstráňte hlboké dutiny a vrecká, ktoré vynucujú nástroje s dlhým dosahom.
• ✓Zhrubte alebo podprite tenké steny, ktoré potrebujú pomalé, ľahké rezy.
• ✓Nahraďte podrezania prvkami dosiahnuteľnými z otvoreného smeru.
• ✓Nahraďte ostré vnútorné rohy zaobleniami, aby ich štandardné valcové nástroje dokázali vyrezať.
• ✓Sústreďte prvky na menej plôch, aby klesol počet upnutí.
• ✓Pustite nekritické rozmery do štandardnej triedy tolerancie namiesto tesnej hodnoty.
• ✓Rozmery dielov premietnite na štandardné rozmery polotovarov, aby klesol odpad z materiálu.

Kontrolu a certifikáciu nastaviť podľa aplikácie

Kontrola a certifikácia sú položky v cene, nie réžia. Plná FAI na CMM pridáva 150–500 USD za šaržu a PPAP úrovne 3 ešte viac²⁰.

Letecké a obranné zákazky nesú príplatok 20–50 % k 5-osým sadzbám kvôli trazovateľnosti, systémom kvality a exotickým materiálom²⁹. Obe hodnoty pochádzajú zo stránok úrovne dodávateľov, takže ich použite ako mierku na porovnávanie ponúk, nie ako rozpočtové číslo.

Úroveň certifikácie má nasledovať koncové použitie. ISO 9001 pokrýva väčšinu priemyselnej výroby, AS9100D sa vyžaduje pre letecký hardvér a akreditácia A2LA potvrdzuje merateľnú spôsobilosť oddelene od systému riadenia kvality²¹.

Pre priemyselného robota, ktorý nikdy nevyletí, pridávajú AS9100D a ITAR náklady bez zmeny dielu. Pre obrannú alebo kozmickú aplikáciu sú vstupenkou a ponuka dodávateľov sa zúži na certifikované dielne²⁹³⁰.

Skôr než napíšete klauzulu o kontrole, rozhodnite, aký dôkaz skutočne potrebujete: správu z prvotného vzorku (first article), CMM report o kritických prvkoch, alebo plný balík PPAP. Zdroje nekvantifikujú vplyv CMM, FAI ani PPAP na dodaciu lehotu pri robotických komponentoch a nekvantifikujú ani cenový vplyv samotného ISO 9001, takže tieto účinky treba potvrdiť s dielňou.

Dodaciu lehotu plánovať okolo najpomalšieho kroku, nie okolo obrábania

Dodaciu lehotu určuje najpomalší vstup, ktorým často nie je rezanie. Jeden dodávateľ uvádza 7 až 15 dní pre robotické diely vrátane plnej kontroly na CMM a materiálových certifikátov¹⁶.

Pre jednorazový CNC prototyp iný zdroj dáva 2–5 pracovných dní a kovové DMLS pre konštrukčné diely beží 7–14 pracovných dní vrátane postprocessingu a kontroly²⁵. Tretí zdroj kladie typické lehoty kovového prototypovania na 1 deň až 3 týždne podľa metódy a zložitosti²³.

Sú to hodnoty úrovne dodávateľov s odlišným rozsahom, takže sú užitočné ako plánovací rozsah, nie ako záväzok. Náročný materiál, zložitá geometria, dokončovanie a kontrola každý posúva harmonogram.

Titan a PEEK sú hodnotené ako náročné a drahé a pomalšie rezanie a opotrebovanie nástrojov, ktoré z toho vyplývajú, predlžujú dodaciu lehotu rovnako ako cenu⁵²⁹. Ak váš diel potrebuje jemný povrch na sedle ložiska plus plný CMM report, obe tieto kroky sedia na kritickej ceste po obrábaní.

Keď skladáte harmonogram, poproste dielňu, aby nabídla dodaciu lehotu pre dokončenú, skontrolovanú časť, nie pre obrobenú, a opýtajte sa, ktorý krok ju ťahá. Zdroje nekvantifikujú vplyv kontroly na dodaciu lehotu pri robotických komponentoch, takže tá odpoveď musí prísť od dodávateľa.

Kde zdroje odporujú alebo hovoria z odlišného kontextu

What the sources do not establish

• Žiaden zdroj neposkytuje kvantifikovanú krivku ceny za kus, ktorá by spájala konkrétne hodnoty tolerancie alebo Ra s konkrétnymi prvkami robotických kĺbov, harmonických prevodov alebo konštrukčných komponentov.
• Žiaden zdroj nedáva číselný objemový prah, pri ktorom sa CNC pre robotické komponenty stanú drahšími než liatie alebo vstrekovanie.
• Žiaden zdroj nekvantifikuje vplyv kontroly (CMM, FAI, PPAP) na dodaciu lehotu pri robotických komponentoch.
• Žiaden zdroj nekvantifikuje cenový vplyv samotného ISO 9001 (mimo leteckej oblasti) pri robotických komponentoch.
• Žiaden zdroj neposkytuje požiadavky na toleranciu profilu zubov ozubenia pre harmonické prevody.
• Žiaden zdroj neposkytuje požiadavky na úpravu tesniacich plôch špecifické pre robotické kĺby.
• Žiaden zdroj neposkytuje požiadavky na povrchovú úpravu únavovo namáhaných konštrukčných komponentov špecifické pre ramená alebo rámy robotov.
• Žiaden zdroj neporovnáva cenu za kus medzi hliníkom 7075, oceľou 4140, titanom a nehrdzavejúcou oceľou pri tej istej geometrii robotického komponentu.