ค่าคลาดเคลื่อน ผิวงาน และต้นทุนสำหรับข้อต่อหุ่นยนต์ เกียร์ฮาร์มอนิกไดรฟ์ และชิ้นส่วนโครงสร้าง: ควรกำหนดอะไร และตรงไหนคลายลงได้

ลักษณะงานใดที่จำเป็นต้องใช้ค่าคลาดเคลื่อนระดับไมครอนจริง ๆ

ต้นทุนค่าคลาดเคลื่อนขึ้นกับความวิกฤตของลักษณะงาน ไม่ใช่ค่าปริยายทั้งชิ้นตามแบบสั่งผลิต การกำกับค่าที่แคบบังคับให้ตัดช้าลง ต้องมีรอบการตกแต่งผิวเพิ่ม และเวลาตรวจสอบมากขึ้น โดยแหล่งหนึ่งระบุว่า ±0.01 mm เทียบกับ ±0.1 mm อาจทำให้เวลาตรวจสอบและอัตราของเสียเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า²⁰ นั่นคือเหตุผลที่ชิ้นงานเดียวกันจึงมีลักษณะงานระดับไมครอนเพียงไม่กี่จุด และใช้ค่าคลาดเคลื่อนทั่วไปที่หลวมกว่ามากในส่วนอื่นทั้งหมด แนวปฏิบัติงานอวกาศแสดงการแบ่งแยกนี้ชัดเจน ในชิ้นงานอวกาศหนึ่ง รูแบริ่งอยู่ที่ ±0.005 mm พร้อม Ra 0.4 µm ขณะที่ลักษณะงานทั่วไปที่ไม่ใช่งานวิกฤตอนุญาตที่ ±0.05 mm ถึง ±0.127 mm³⁰ สำหรับงานหุ่นยนต์ มีผู้ผลิตรายหนึ่งระบุว่าการตัดเฉือนด้วย CNC ทำได้ถึง ±0.01 mm ถึง ±0.05 mm และช่วงนี้จำเป็นสำหรับฐานยึดมอเตอร์เซอร์โว ฮาวส์ซิ่งแบริ่ง และตัวต่อประกอบของเกียร์ฮาร์มอนิกไดรฟ์¹⁶ ทั้งสองตัวเลขมาจากหน้าเว็บระดับผู้ขาย จึงควรถือเป็นแนวปฏิบัติที่มีรายงาน ไม่ใช่มาตรฐานบังคับ เมื่อกำหนดค่าคลาดเคลื่อนบนฮาวส์ซิ่งข้อต่อหรือฟลันจ์ของเกียร์ฮาร์มอนิกไดรฟ์ ให้ถามว่ามิติใดที่กำหนดตำแหน่งแบริ่ง การสบกันของเกียร์ หรือดาทัมหน้าสัมผัสประกอบ และสงวนค่ากำกับที่แคบไว้สำหรับจุดเหล่านั้น ส่วนอื่นทั้งหมดใช้ชั้นค่าคลาดเคลื่อนทั่วไปได้ แหล่งข้อมูลไม่ได้กำหนดค่าคลาดเคลื่อนบังคับสำหรับรุ่นข้อต่อหุ่นยนต์หรือเกียร์ฮาร์มอนิกไดรฟ์เฉพาะรุ่นใด ๆ ดังนั้นค่าที่คุณเขียนควรมาจากการคำนวณการประกอบของคุณเอง และยืนยันกับโรงงานผู้รับงาน

ผิวใดต้องการงานเนียน และผิวใดคงสภาพ as-machined ได้

ความเรียบผิวปฏิบัติตัวเหมือนค่าคลาดเคลื่อน: ก้าวของต้นทุนอยู่ระหว่างสภาพ as-machined กับผิวงานเนียนที่กำหนดไว้ ไม่ใช่ระหว่างค่าเนียนหนึ่งกับอีกค่าหนึ่ง Ra 3.2 µm คือสภาพ as-machined ส่วน Ra 0.8 µm ต้องการรอบการผลิตรอง ดังนั้นค่ากำกับที่เนียนกว่าจะเพิ่มขั้นตอนการตัดเฉือนในทุกผิวที่ครอบคลุม²⁰ ผิวงานเนียนยังต้องการการตกแต่งผิวหลายรอบ นั่นคือเหตุผลที่ควรกำหนดเฉพาะผิวงานวิกฤต²⁸ บนข้อต่อหุ่นยนต์ ผิวที่ยุติธรรมพอจะได้งานเนียนคือผิวที่มีหน้าที่ประกอบ รองรับแบริ่ง หรือยางกันซึม รูแบริ่งงานอวกาศถูกอ้างอิงที่ Ra 0.4 µm³⁰ ซึ่งเนียนกว่าเกณฑ์รอบการผลิตรองทั่วไป Ra 0.8 µm และสะท้อนความพอดีของแบริ่งแทนทั้งชิ้นงาน หากคุณใส่ Ra 0.8 µm บนผิวเพื่อความสวยงามหรือผิวเคลียแรนซ์ คุณจ่ายค่ารอบที่ไม่ให้อะไรกับงานประกอบเลย วิธีตรวจทานที่ใช้ได้จริงก่อนปล่อยแบบสั่งผลิต: ทำเครื่องหมายผิวแต่ละผิวเป็น as-machined เว้นแต่จะรองรับแบริ่ง ยางกันซึม หรือเป็นหน้าสัมผัสประกอบความแม่นยำ แหล่งข้อมูลไม่ได้เผยแพร่ข้อกำหนดความเรียบผิวของหน้ายางกันซึมที่เจาะจงกับข้อต่อหุ่นยนต์ ดังนั้นหากข้อต่อมีซีล ค่านั้นต้องมาจากผู้ขายซีลหรือข้อมูลทดสอบของคุณเอง ไม่ใช่จากแหล่งข้อมูลเหล่านี้

เลือกวัสดุรายชิ้นส่วนแทนการยึดตัวเลือกที่แข็งแรงที่สุดเป็นค่าปริยาย

ทางเลือกวัสดุเปลี่ยนทั้งราคาวัสดุดิบและเวลาตัดเฉือน และทั้งสองผลชี้ไปทางเดียวกัน อะลูมิเนียม 6061-T6 ได้รับการจัดอันดับความสามารถในการตัดเฉือนยอดเยี่ยมที่ต้นทุนต่ำ, 7075-T6 ความสามารถในการตัดเฉือนดีที่ต้นทุนปานกลางพร้อมอัตราความแข็งแรงต่อน้ำหนักดีที่สุดในบรรดาโลหะผสมอะลูมิเนียม, และเหล็กกล้าผสม 4140 ความสามารถในการตัดเฉือนดีที่ต้นทุนต่ำ–ปานกลางพร้อมความแข็งแรงสูงหลังการอบชุบด้วยความร้อน⁵ ไทเทเนียม Grade 5 ถูกจัดอันดับว่าตัดยากและต้นทุนสูง ส่วน PEEK มีความสามารถในการตัดเฉือนปานกลางที่ต้นทุนสูง⁵ วัสดุตัดยากทำให้ตัดช้าลง ทำให้เครื่องมือสึกเร็วขึ้นและต้องควบคุมกระบวนการเข้มงวดขึ้น ซึ่งปรากฏเป็นทั้งต้นทุนและระยะเวลาผลิตและส่งมอบ²⁷ มีแหล่งหนึ่งระบุว่าไทเทเนียมเพิ่ม 30–100% เข้ากับอัตราต่อชั่วโมงของงานแบบ 5 แกน²⁹ ตัวเลขนั้นมาจากหน้าเว็บระดับผู้ขายเพียงรายเดียวและเป็นข้อสังเกตเฉพาะของแหล่งนั้น ไม่ใช่กฎของตลาด แต่มันชี้ทิศทางได้: ส่วนเพิ่มราคาอยู่ที่อัตราต่อชั่วโมง ไม่ใช่แค่ที่วัสดุดิบ สำหรับชิ้นส่วนเชื่อมต่อแขนหุ่นยนต์หรือโครงฐาน 6061-T6 คือค่าพื้นฐาน เว้นแต่กรณีรับแรงหรืองบน้ำหนักตัดสิทธิ์มันทิ้ง เลื่อนขึ้นไป 7075-T6 หรือ 4140 เมื่อข้อกำหนดความแข็งแรงหรือความล้าเป็นเรื่องจริง และสงวนไทเทเนียมหรือ PEEK ไว้สำหรับงานที่ต้องการสมบัติเฉพาะของมัน⁵²⁶ แหล่งข้อมูลไม่ได้เปรียบเทียบต้นทุนต่อชิ้นระหว่าง 7075, 4140, ไทเทเนียม และสแตนเลสสตีลสำหรับเรขาคณิตหุ่นยนต์เดียวกัน ดังนั้นการเปรียบเทียบต้องรันบนชิ้นงานของคุณเอง

จับคู่กระบวนการผลิตกับปริมาณงานและความสุกงอมของการออกแบบ

การตัดสินใจเลือกกระบวนการขึ้นอยู่กับว่าคุณผูกมัดกับแม่พิมพ์แล้วหรือยัง การตัดเฉือนด้วย CNC ไม่ต้องใช้แม่พิมพ์และรับการเปลี่ยนแปลงการออกแบบได้ง่าย จึงถูกวางตำแหน่งสำหรับต้นแบบ การผลิตจำนวนน้อย และลักษณะงานที่มีค่าคลาดเคลื่อนแคบ¹⁷¹⁹ การหล่อแม่พิมพ์และการฉีดขึ้นรูปพลาสติกคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์เมื่อปริมาณงานสูงขึ้น เมื่อเม็ดเงินลงทุนแม่พิมพ์ถูกแบ่งไปตามชิ้นงานจำนวนมาก⁶¹⁷ การหล่อแม่พิมพ์คงค่าคลาดเคลื่อนแคบได้ถึง ±0.1 mm ต่อ 25 mm ขึ้นกับวัสดุและการออกแบบชิ้นงาน และอาจเพิ่มการตัดเฉือนด้วย CNC เข้ามาเพื่อปรับแต่งลักษณะงานหรือให้ถึงข้อกำหนดมิติที่แคบกว่า⁶ นั่นแปลว่าฮาวส์ซิ่งข้อต่อที่หล่อมาอาจยังต้องการรูแบริ่งที่ตัดเฉือน ดังนั้นการเลือกกระบวนการไม่ได้ตัดขั้นตอนค่าคลาดเคลื่อนแคบออก แต่ย้ายขั้นตอนนั้นไปเท่านั้น หากการออกแบบของคุณยังเปลี่ยนแปลงอยู่ หรือปริมาณงานของคุณอยู่ในช่วงต้นแบบและจำนวนน้อย CNC คือเส้นทางที่ความเสี่ยงต่ำกว่า เพราะการแก้แบบเสียแค่โปรแกรมใหม่ ไม่ใช่แม่พิมพ์ใหม่¹⁷²⁴ เมื่อการออกแบบนิ่งและปริมาณงานสูงพอจะคืนทุนเครื่องมือและแม่พิมพ์ การหล่อหรือการฉีดขึ้นรูปจึงรับงานเรขาคณิตปริมาณมากได้⁶¹⁷ แหล่งข้อมูลไม่ได้ให้เกณฑ์ปริมาณงานเชิงตัวเลขว่าจุดตัดผ่านนั้นเกิดขึ้นเมื่อใดสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ ดังนั้นจุดคุ้มทุนต้องคำนวณจากใบเสนอราคาแม่พิมพ์และปริมาณชิ้นงานของคุณเอง

ลักษณะงานออกแบบที่ควรตัดออกก่อนส่งคำขอใบเสนอราคา

ลักษณะงานเหล่านี้บังคับให้ต้องใช้เครื่องมือยื่นยาวหรือเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก การจัดเซ็ตเครื่องหลายครั้ง และเส้นทางเครื่องมือที่ช้าลง ซึ่งเพิ่มเวลาและต้นทุนการตัดเฉือน¹³²⁷²⁸ การตัดออกตั้งแต่ขั้นแบบสั่งผลิตถูกกว่าการจ่ายค่ามันในทุกชิ้นงาน

กำหนดการตรวจสอบและการรับรองตามการใช้งาน

การตรวจสอบและการรับรองเป็นรายการต้นทุน ไม่ใช่ค่าใช้จ่ายแฝง Full CMM FAI เพิ่ม $150–$500 ต่อล็อต และ PPAP Level 3 เพิ่มมากกว่านั้น²⁰ งานด้านอวกาศและกลาโหมแบกส่วนเพิ่มราคา 20–50% บนอัตรางาน 5 แกน สำหรับความสามารถในการสืบย้อนกลับ ระบบคุณภาพ และวัสดุพิเศษ²⁹ ทั้งสองตัวเลขมาจากหน้าเว็บระดับผู้ขาย จึงควรใช้เป็นมาตราส่วนเทียบใบเสนอราคา ไม่ใช่ตัวเลขงบประมาณ ระดับการรับรองควรตามการใช้งานปลายทาง ISO 9001 ครอบคลุมงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ ขณะที่ AS9100D เป็นข้อบังคับสำหรับชิ้นงานอากาศยาน และการรับรอง A2LA รับรองความสามารถด้านการวัดแยกจากระบบบริหารคุณภาพ²¹ สำหรับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ไม่มีวันบิน AS9100D และ ITAR เพิ่มต้นทุนโดยไม่เปลี่ยนชิ้นงาน สำหรับงานกลาโหมหรืออวกาศ ทั้งสองคือบัตรผ่านประตู และวงผู้ขายจะแคบลงเหลือเฉพาะโรงงานที่มีใบรับรอง²⁹³⁰ ก่อนเขียนข้อกำหนดการตรวจสอบ ให้ตัดสินใจว่าคุณต้องการหลักฐานแบบใดจริง ๆ: รายงานตรวจสอบชิ้นงานแรก รายงาน CMM บนลักษณะงานวิกฤต หรือชุดเอกสาร PPAP เต็มรูปแบบ แหล่งข้อมูลไม่ได้ให้ตัวเลขผลกระทบต่อระยะเวลาของ CMM, FAI หรือ PPAP สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ และไม่ได้ให้ผลกระทบต้นทุนของ ISO 9001 เพียงอย่างเดียว ดังนั้นผลเหล่านั้นต้องยืนยันกับโรงงานผู้รับงาน

วางแผนระยะเวลาผลิตและส่งมอบตามขั้นตอนที่ช้าที่สุด ไม่ใช่ขั้นตอนการตัดเฉือน

ระยะเวลาผลิตและส่งมอบถูกกำหนดโดยปัจจัยป้อนที่ช้าที่สุด ซึ่งมักไม่ใช่การตัด มีผู้ผลิตรายหนึ่งระบุ 7 ถึง 15 วันสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์พร้อมการตรวจสอบ full CMM และใบรับรองวัสดุรวมอยู่แล้ว¹⁶ สำหรับต้นแบบ CNC ชิ้นเดียว อีกแหล่งหนึ่งให้ 2–5 วันทำการ และ DMLS โลหะสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างใช้เวลา 7–14 วันทำการรวมการประมวลผลหลังและการตรวจสอบ²⁵ แหล่งที่สามระบุระยะเวลาทั่วไปของงานต้นแบบโลหะไว้ 1 วันถึง 3 สัปดาห์ ขึ้นกับวิธีและความซับซ้อน²³ ทั้งหมดนี้เป็นตัวเลขระดับผู้ขายที่ขอบเขตต่างกัน จึงมีประโยชน์เป็นช่วงสำหรับการวางแผน ไม่ใช่ข้อผูกพัน วัสดุตัดยาก เรขาคณิตซับซ้อน การตกแต่งผิว และการตรวจสอบ ต่างผลักตารางเวลาออกไป ไทเทเนียมและ PEEK ถูกจัดอันดับว่าตัดยากและต้นทุนสูง และการตัดที่ช้าลงกับการสึกของเครื่องมือที่เกิดขึ้นทำให้ทั้งระยะเวลาผลิตและส่งมอบยืดออกไปพร้อมราคา⁵²⁹ หากชิ้นงานของคุณต้องการผิวงานเนียนบนรูแบริ่งบวกรายงาน full CMM ทั้งสองขั้นตอนนั้นอยู่บนเส้นวิกฤตหลังการตัดเฉือน เมื่อสร้างตารางเวลา ให้ขอให้โรงงานเสนอราคาระยะเวลาสำหรับชิ้นงานเสร็จที่ตรวจแล้ว ไม่ใช่ชิ้นงานที่เพิ่งตัดเฉือน และถามว่าขั้นตอนใดเป็นตัวกำหนด แหล่งข้อมูลไม่ได้ให้ตัวเลขผลกระทบของการตรวจสอบต่อระยะเวลาสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ ดังนั้นคำตอบนั้นต้องมาจากผู้ขาย

What the sources do not establish

• ไม่มีแหล่งใดให้เส้นต้นทุนต่อชิ้นที่ให้ตัวเลขได้ ซึ่งเชื่อมค่าค่าคลาดเคลื่อนหรือค่า Ra เฉพาะกับลักษณะงานข้อต่อหุ่นยนต์ เกียร์ฮาร์มอนิกไดรฟ์ หรือชิ้นส่วนโครงสร้างเฉพาะรายการ
• ไม่มีแหล่งใดให้เกณฑ์ปริมาณงานเชิงตัวเลขว่า CNC จะแพงกว่าการหล่อหรือการฉีดขึ้นรูปเมื่อใดสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์
• ไม่มีแหล่งใดให้ตัวเลขผลกระทบของการตรวจสอบ (CMM, FAI, PPAP) ต่อระยะเวลาผลิตและส่งมอบสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์
• ไม่มีแหล่งใดให้ตัวเลขผลกระทบต้นทุนของ ISO 9001 เพียงอย่างเดียว (นอกภาคอวกาศ) สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์
• ไม่มีแหล่งใดให้ข้อกำหนดค่าคลาดเคลื่อนโปรไฟล์ฟันเฟืองสำหรับเกียร์ฮาร์มอนิกไดรฟ์
• ไม่มีแหล่งใดให้ข้อกำหนดความเรียบผิวของหน้ายางกันซึมที่เจาะจงกับข้อต่อหุ่นยนต์
• ไม่มีแหล่งใดให้ข้อกำหนดความเรียบผิวของชิ้นส่วนโครงสร้างที่วิกฤตต่อความล้าซึ่งเจาะจงกับแขนหรือโครงหุ่นยนต์
• ไม่มีแหล่งใดเปรียบเทียบต้นทุนต่อชิ้นระหว่างอะลูมิเนียม 7075, เหล็กกล้า 4140, ไทเทเนียม และสแตนเลสสตีล สำหรับเรขาคณิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์เดียวกัน