Tolerance, površine in stroški za robotske sklepe, harmonične prenose in strukturne dele: kaj specificirati in kje popustiti

Kateri elementi dejansko potrebujejo toleranco na nivoju mikronov

Strošek tolerance sledi kritičnosti elementa in ne splošne privzete vrednosti na risbi. Ozek pripis vsili počasnejše rezanje, dodatne dodelovalne prehode in več časa kontrole, en vir pa opozarja, da lahko ±0.01 mm proti ±0.1 mm podvoji čas kontrole in stopnjo odpadka²⁰.

Zato lahko isti kos nosi peščico elementov na nivoju mikronov in povsod drugje precej širšo splošno toleranco. Letalska praksa ta razcep jasno pokaže.

Na enem letalskem kosu ležajni vrti stojijo pri ±0.005 mm z Ra 0.4 µm, splošni nekritični elementi pa smejo ±0.05 mm do ±0.127 mm³⁰.

Za robotiko en dobavitelj navaja, da CNC obdelava doseže ±0.01 mm do ±0.05 mm in da je ta razpon zahtevan za nosilce servo motorjev, ležajna ohišja in vmesnike harmoničnih prenosov¹⁶. Oba podatka prihajata s strani dobaviteljskega ranga, zato ju obravnavajte kot poročano prakso in ne kot določni standard.

Ko določate tolerance na ohišju sklepa ali prirobnici harmoničnega prenosa, vprašajte, katere dimenzije pozicionirajo ležaj, ujemanje zobnikov ali zložljivo izhodišče, in ozek pripis pridržite zanje. Vse ostalo lahko nosi splošni razred tolerance.

Viri ne določijo obvezne tolerance za noben določen model robotskega sklepa ali harmoničnega prenosa, zato naj vrednost, ki jo zapišete, izhaja iz vašega lastnega izračuna ujemanja in jo potrdite z delavnico.

Katere ploskve potrebujejo fino površino in katere lahko ostanejo kot-obdelane

Površinska obdelava se vede kot toleranca: stroškovni skok je med kot-obdelano in določeno fino površino, ne med eno fino vrednostjo in drugo. Ra 3.2 µm je kot-obdelano, Ra 0.8 µm pa zahteva sekundarni prehod, zato finejši pripis doda obdelovalno operacijo na vsaki ploskvi, ki jo pokrije²⁰.

Fine površine potrebujejo tudi več dodelovalnih prehodov, zato naj se specificirajo le za kritične ploskve²⁸. Na robotskem sklepu so ploskve, ki opravičujejo fino površino, tiste z ujemajočo, ležajno ali tesnilno funkcijo.

Letalski ležajni vrti so navedeni pri Ra 0.4 µm³⁰, kar je finejše od splošnega praga sekundarnega prehoda Ra 0.8 µm in odraža ležajni objem in ne cel kos. Če postavite Ra 0.8 µm na kozmetično ali odmikno ploskev, plačujete prehod, ki montaži ne doda ničesar.

Praktično preverjanje pred oddajo risbe: označite vsako ploskev kot kot-obdelano, razen če na njo sedi ležaj, tesni ali tvori precizno ujemajočo ploskev.

Viri ne objavljajo zahtev površine tesnilnih ploskev specifičnih za robotske sklepe, zato mora ta vrednost, če sklep ima tesnilo, priti od dobavitelja tesnila ali iz vaših lastnih preskusnih podatkov in ne iz teh virov.

Izbira materiala po komponenti namesto privzetka najmočnejšega

Izbira materiala spreminja tako ceno surovca kot čas obdelave in oba učinka kažeta v isto smer.

Aluminij 6061-T6 je ocenjen z odlično obdelovalnostjo pri nizkem strošku, 7075-T6 z dobro obdelovalnostjo pri srednjem strošku z najboljšim razmerjem trdnost-teža med aluminijevimi zlitinami, 4140 legirano jeklo pa z dobro obdelovalnostjo pri srednje nizkem strošku in visoko trdnostjo po toplotni obdelavi⁵.

Titan Grade 5 je ocenjen kot zahteven in drag, PEEK pa zmerno obdelovalen pri visokem strošku⁵. Zahtevni materiali se režejo počasneje, hitreje obrabijo orodja in potrebujejo ožji nadzor procesa, kar se pokaže kot strošek in kot dobavni rok²⁷.

En vir navaja, da titan doda 30–100 % urnim postavkam 5-osne obdelave²⁹. Ta podatek prihaja z ene same strani dobaviteljskega ranga in je opažanje posameznega vira, ne tržno pravilo, ponazarja pa smer: premija je v urni postavki in ne le v materialu.

Za vez robota ali osnovni okvir je 6061-T6 osnova, razen če to izloči obremenitveni primer ali tehtnostni proračun. Nadgradi se na 7075-T6 ali 4140, ko je zahteva po trdnosti ali utrujenosti resnična, titan ali PEEK pa pridržite za uporabe, ki potrebujejo njune specifične lastnosti⁵²⁶.

Viri ne primerjajo stroška na kos med 7075, 4140, titanom in nerjavečim jeklom za isto geometrijo robota, zato mora primerjava potekati na vašem lastnem kosu.

Usklajevanje proizvodnega procesa s prostornino in zrelostjo zasnove

Odločitev o procesu je odvisna od tega, ali ste že vezali orodij. CNC obdelava ne potrebuje orodij in zlahka sprejme spremembe zasnove, zato je pozicionirana za prototipe, male serije in elemente z ozkimi tolerancami¹⁷¹⁹.

Tlačno litje in brizganje plastike postaneta rentabilna pri višjih prostorninah, ko se naložba v kalup razporedi čez veliko kosov⁶¹⁷. Tlačno litje lahko drži tolerance tako ozke kot ±0.1 mm na 25 mm, odvisno od materiala in zasnove kosa, dodatna CNC obdelava pa se lahko doda za izboljšanje elementov ali izpolnitev ožjih dimenzijskih specifikacij⁶.

To pomeni, da lahko ulito ohišje sklepa še vedno potrebuje obdelan ležajni vrt, torej izbira procesa ne odstrani koraka ozke tolerance, ampak ga premakne.

Če se vaša zasnova še spreminja ali je vaša prostornina v območju prototipov in malih serij, je CNC pot z manjšim tveganjem, ker revizija stane nov program in ne nov kalup¹⁷²⁴. Ko je zasnova stabilna in je prostornina dovolj visoka, da se amortizirajo orodja, lahko litje ali brizganje prevzame večinsko geometrijo⁶¹⁷.

Viri ne dajejo številskega praga prostornine, pri katerem pride do tega prekopa pri robotskih komponentah, zato mora točko preloma izračunati iz vaše lastne kalupne ponudbe in prostornine kosov.

Elementi zasnove, ki jih je treba odstraniti, preden pošljete RFQ

Ti elementi vsilijo globoko dosegljivo ali majhno orodje, večkratno vpenjanje in počasnejše orodne poti, kar zviša čas in strošek obdelave¹³²⁷²⁸. Odstraniti jih na stopnji risbe je ceneje kot plačevati jih pri vsakem kosu.

Nastavitev kontrole in certificiranja glede na uporabo

Kontrola in certificiranje sta cenovni postavki, ne splošni stroški. Popolna CMM FAI doda $150–$500 na serijo, PPAP Level 3 pa še več²⁰.

Letalsko-obrambno delo nosi 20–50 % premijo na postavke 5-osne obdelave zaradi sledljivosti, sistemov kakovosti in posebnih materialov²⁹. Oba podatka prihajata s strani dobaviteljskega ranga, zato ju uporabite kot merilo za primerjavo ponudb in ne kot številko za proračun.

Raven certificiranja naj sledi končni uporabi. ISO 9001 pokriva večino industrijskega dela, AS9100D pa je zahtevan za letalsko opremo, A2LA akreditacija pa potrjuje merilno zmožnost ločeno od sistema vodenja kakovosti²¹.

Za industrijskega robota, ki nikoli ne poleti, AS9100D in ITAR dodata strošek, ne da bi spremenila kos. Za obrambno ali vesoljsko uporabo sta vhodna vstopnica, skupina dobaviteljev pa se zoži na certificirane delavnice²⁹³⁰.

Preden zapišete klavzulo o kontroli, odločite, katere dokaze dejansko potrebujete: poročilo prvega kosa, CMM poročilo o kritičnih elementih ali celoten PPAP paket. Viri ne kvantificirajo vpliva CMM, FAI ali PPAP na dobavni rok za robotske komponente in ne kvantificirajo vpliva stroška samega ISO 9001, zato morajo ti učinki biti potrjeni z delavnico.

Načrtovanje dobavnega roka okoli najpočasnejšega koraka, ne okoli obdelave

Dobavni rok določa najpočasnejši vhod, ki pogosto ni rezanje. En dobavitelj navaja 7 do 15 dni za robotske dele z vključeno popolno CMM kontrolo in materialnimi potrdili¹⁶.

Za enkratni CNC prototip drug vir daje 2–5 delovnih dni, kovinski DMLS za strukturne dele pa teče 7–14 delovnih dni, vključno z naknadno obdelavo in kontrolo²⁵. Tretji vir postavlja tipične dobavne roke kovinskih prototipov na 1 dan do 3 tedne, odvisno od metode in kompleksnosti²³.

To so podatki dobaviteljskega ranga z različnimi obsegi, zato so uporabni kot načrtovalski razpon in ne kot zaveza. Zahteven material, zapletena geometrija, končna obdelava in kontrola vsak premaknejo urnik naprej.

Titan in PEEK sta ocenjena kot zahtevna in draga, počasnejše rezanje in obraba orodij, ki ju povzročata, pa podaljšata tudi dobavni rok poleg cene⁵²⁹. Če vaš kos potrebuje fino površino na ležajnem vrtu poleg popolnega CMM poročila, stojita oba koraka na kritični poti po obdelavi.

Ko sestavljate urnik, prosite delavnico za dobavni rok končanega, kontroliranega kosa in ne obdelanega, ter vprašajte, kateri korak ga določa. Viri ne kvantificirajo vpliva kontrole na dobavni rok za robotske komponente, zato mora ta odgovor priti od dobavitelja.

What the sources do not establish

• Noben vir ne daje kvantificirane krivulje stroška na kos, ki bi povezovala določene vrednosti tolerance ali Ra s konkretnimi elementi robotskih sklepov, harmoničnih prenosov ali strukturnih komponent.
• Noben vir ne daje številskega praga prostornine, pri katerem CNC postane dražji od litja ali brizganja za robotske komponente.
• Noben vir ne kvantificira vpliva kontrole (CMM, FAI, PPAP) na dobavni rok za robotske komponente.
• Noben vir ne kvantificira vpliva stroška samega ISO 9001 (ne-letalskega) za robotske komponente.
• Noben vir ne daje zahtev profila tolerance zobnikov za harmonične prenose.
• Noben vir ne daje zahtev površine tesnilnih ploskev specifičnih za robotske sklepe.
• Noben vir ne daje zahtev površine strukturnih komponent, kritičnih za utrujenost, specifičnih za robotske roke ali okvire.
• Noben vir ne primerja stroška na kos med aluminijem 7075, jeklom 4140, titanom in nerjavečim jeklom za isto geometrijo robotske komponente.