Dalių deformacija CNC apdirbant robotų komponentus
Apžvalga
CNC apdirbimas yra svarbus robotų dalių gamybos procesas, kai gaminami komponentai, pvz., robotų rankos, jungtys, galiniai{0}}efektorių laikikliai, rėmai ir konstrukcinės jungtys. Tačiau šios dalys dažnai deformuojasi apdirbimo metu arba po jo, todėl pablogėja matmenų tikslumas, montavimo tinkamumas ir funkcinės savybės. Norint optimizuoti procesą ir užtikrinti robotų gamybos kokybę, būtina suprasti pagrindines šios deformacijos priežastis.
Medžiagos charakteristikos ir liekamasis įtempis
Robotų komponentai dažniausiai yra apdirbami iš lengvų medžiagų, tokių kaip aliuminio lydiniai, titano lydiniai ir dirbtiniai plastikai. Šios medžiagos dažnai patenka su vidiniais liekamaisiais įtempiais, atsirandančiais liejimo, ekstruzijos, kalimo ar valcavimo procesų metu. Kai CNC apdirbimo metu pašalinami medžiagos sluoksniai, sutrinka šių įtempių -fiksuotųjų pusiausvyra. Likusi medžiaga atsipalaiduoja ir pasiskirsto, todėl dalis deformuojasi, susisuka ar nusilenkia. Plonasienės robotų konstrukcijos yra ypač pažeidžiamos, nes jos yra ribotai atsparios šiems įtempimo{6}}sukeliamiems iškraipymams.
Terminis poveikis apdirbimo metu
Apdirbimo procesas išskiria daug šilumos dėl įrankio{0}}ruošinio trinties ir drožlių deformacijos. Robotų dalys paprastai pasižymi plonomis sienelėmis, giliomis kišenėmis ir plonais profiliais, kurie dėl mažos šiluminės masės prastai išsklaido šilumą. Pjovimo metu atsiranda vietinis šiluminis plėtimasis, sukuriantis laikinus matmenų poslinkius. Kadangi dalis po apdirbimo vėsta netolygiai, diferencinis susitraukimas sukelia nuolatinį deformaciją. Sritys su plonu skerspjūviu-arba sudėtingomis vidinėmis ertmėmis patiria didžiausią šiluminį gradientą ir vėliau iškraipymus.
Mechaninės jėgos ir deformacija
Pjovimo jėgos, kurias veikia frezavimo įrankis arba tekinimo įdėklas, gali elastingai nukreipti reikalavimus atitinkančias robotų dalių dalis. Ilgos robotizuotos jungtys, plonasieniai korpusai ir sudėtingi jungčių komponentai turi palyginti mažą standumą, palyginti su stambesnėmis mechaninėmis dalimis. Apdirbimo metu šios sekcijos nulinksta nuo pjovimo įrankio veikiamos apkrovos ir, pašalinus jėgą, spyruokliuoja atgal. Dėl šio elastingumo atsigavimo atsiranda matmenų nuokrypiai ir gali atsirasti vidinių įtempių, kurios pasireiškia kaip deformacija, kai atleidžiami tvirtinimo apribojimai.
Tvirtinimo ir suspaudimo smūgis
Roboto dalies laikymo būdas apdirbimo metu daro didelę įtaką galutinei jos geometrijai. Pernelyg didelė suspaudimo jėga iš anksto-apkrauna plonasienes{2}}komponentes, todėl medžiagoje išsaugoma elastinga energija. Kai po apdirbimo atleidžiami gnybtai, ši energija išsisklaido pasikeitus formai. Nepakankamas arba prastai paskirstytas suspaudimas leidžia detalei pasislinkti arba vibruoti veikiant pjovimo jėgoms, sukuriant asimetrinius įtempių modelius. Abu scenarijai prisideda prie iškraipymų po-apdirbimo, ypač tiksliose robotizuotose jungtyse, kur reikia griežtų leistinų nuokrypių sklandžiam judėjimui.
Nesubalansuotos medžiagos pašalinimas
Robotiniams komponentams dažnai reikia asimetriškų apdirbimo operacijų, kai medžiaga daugiausia pašalinama iš tam tikrų sričių. Šis nesubalansuotas medžiagos pašalinimas perkelia neutralią ašį ir pakeičia likusios konstrukcijos inercijos momentą. Progresyvus apdirbimas be strateginės sekos sukelia nuolatinį vidinių įtempių perskirstymą. Dalis palaipsniui deformuojasi, kai kiekviena apdirbimo operacija keičia įtempių pusiausvyrą, todėl susidaro kaupiamasis iškraipymas, kuris gali išryškėti tik užbaigus arba atjungus.
Vibracija ir dinaminis nestabilumas
Dėl plonos geometrijos ir plonų sienelių, būdingų robotizuotoms dalims, atsiranda žemi natūralūs dažniai ir sumažėja dinaminis standumas. CNC apdirbimo metu šios konstrukcijos yra linkusios į regeneracinį triukšmą ir priverstinę vibraciją. Šis dinaminis nestabilumas sukuria kintamas pjovimo jėgas, nutrūkstamą įrankių įsijungimą ir vietinį įkaitimą. Dėl paviršiaus ir požeminio paviršiaus pažeidimo susidaro netolygūs liekamieji įtempių pasiskirstymai. Šie įtempimai sukelia deformacijas po apdirbimo ir taip pat gali pakenkti nuovargio eksploatavimo trukmei dinamiškai apkrautose robotų programose.
Metalurgijos svarstymai
Tam tikros robotizuotos{0}}klasės medžiagos pasižymi metalurginiu jautrumu apdirbimo sąlygoms. Jei apdirbimo temperatūra viršija kritines ribas, grūdinti aliuminio lydiniai, pvz., 6061-T6 arba 7075, gali per daug senėti, todėl gali pasikeisti vietinis stiprumas ir matmenų stabilumas. Panašiai kai kurie titano lydiniai ir nerūdijantis plienas ekstremaliomis šiluminėmis ar mechaninėmis sąlygomis gali lokaliai transformuotis. Šie mikrostruktūriniai pokyčiai sukuria savybių neatitikimus tarp apdirbtų ir neapdorotų regionų, sukuriant vidinius įtempius, kurie skatina iškraipymus.
Dizainas-Susiję veiksniai
Įgimta robotizuotų dalių projektavimo filosofija prisideda prie apdirbimo jautrumo deformacijai. Svorio mažinimo reikalavimai skatina dizainerius link plonų sienų, gilių briaunų, grotelių konstrukcijų ir medžiagų išpjovų. Nors šios savybės optimizuoja roboto dinamiką ir naudingąją apkrovą, jos sumažina ruošinio standumą apdirbant. Sudėtingos vidinės geometrijos, skirtos kabelių nukreipimui, jutiklių integravimui ir pavaros mechanizmo montavimui, sukuria įtempių koncentracijos taškus ir apsunkina tvirtinimo strategijas, dar labiau padidindamos deformacijos riziką.
Švelninimo metodai
Veiksmingos deformacijos mažinimo strategijos apima įtempių{0}}žaliavos apdorojimą prieš apdirbimą, pvz., kriogeninį stabilizavimą arba terminį senėjimą. Simetrinės apdirbimo sekos subalansuoja medžiagos pašalinimą, kad išlaikytų vienodas įtempių būsenas. Optimizuoti pjovimo parametrai sumažina šilumos susidarymą ir mechaninę apkrovą. Pažangios armatūros konstrukcijos su pritaikytomis atramomis, vakuuminiu užspaudimu arba prisitaikančiu slopinimu tolygiau paskirsto laikymo jėgas. Grubus apdirbimas, po kurio atliekamas tarpinis įtempių mažinimas ir galutinis apdirbimas yra patikrinta tikslių robotų komponentų darbo eiga. Proceso stebėjimas ir įrankio
Išvada
Dalių deformacija apdirbant robotų komponentus CNC apdirbimo metu atsiranda dėl liekamųjų medžiagų įtempių, šiluminio poveikio, mechaninių pjovimo jėgų, tvirtinimo sąlygų, dinaminės elgsenos ir medžiagų metalurgijos sąveikos. Lengvos, plonos{1}}sienos ir geometriškai sudėtingos robotų dalių prigimtis iš esmės sustiprina šiuos iššūkius. Norint pasiekti tikslumo robotizuotų komponentų gamyboje, reikia visapusiško proceso planavimo, apimančio visus šiuos veiksnius - nuo medžiagos paruošimo iki apdirbimo strategijos iki po-proceso stabilizavimo -, užtikrinančio, kad baigtos dalys atitiktų griežtus šiuolaikinių robotų sistemų tikslumo ir patikimumo reikalavimus.
