Кейс по прецизионной обработке входного вала гармонического редуктора человекоподобного робота на станках с ЧПУ - CNC Machining China

Как техник, долгое время отвечающий за производство прецизионных компонентов, я рад поделиться нашим успешным кейсом серийной обработки входных валов гармонических редукторов для известной компании по производству человекоподобных роботов. Этот проект полностью демонстрирует нашу техническую мощь и накопленный опыт в области сверхточной обработки на станках с ЧПУ.

Заказчик, технологическая компания, специализирующаяся на исследованиях и разработках высококлассных человекоподобных роботов, предъявил чрезвычайно строгие требования к входному валу гармонического редуктора в его модулях суставов:

• Крайне высокая точность размеров и геометрические допуски: Допуск на диаметр шейки вала требовался ±0,002 мм, погрешности округлости и цилиндричности должны были быть менее 0,001 мм.

• Отличное качество поверхности: Шероховатость ключевой сопрягаемой поверхности должна была достигать Ra ≤ 0,2 мкм для обеспечения оптимальных характеристик трения и износа.

• Выдающиеся механические свойства: Сочетание высокой твердости поверхности (≥HRC60) и прочной сердцевины было необходимо для обеспечения длительного срока службы при высокой скорости и большой нагрузке.

• Строгие требования к динамической балансировке: Входной вал должен был плавно работать на рабочей скорости (6000 об/мин), требуя класса динамической балансировки G2.5.

• Стабильность серийного производства: Необходимо было обеспечить высокое качество каждого изделия при крупносерийном производстве.

Столкнувшись с этими задачами, наша технологическая команда разработала подробный план обработки на станках с ЧПУ:

1. Выбор материала и предварительная обработка: Выбрана высококачественная высокопрочная подшипниковая сталь GCr15 в качестве заготовки. Ультразвуковой контроль дефектов проводился для входящих материалов, чтобы убедиться в отсутствии внутренних дефектов. Для подготовки заготовки использовались процессы прецизионного холодного волочения или бесцентрового шлифования, обеспечивающие прямолинейность и размерную стабильность заготовки, закладывая прочную основу для последующей чистовой обработки.
2. Прецизионное точение на станках с ЧПУ:
   • Использовались оригинальные импортные японские токарные центры с ЧПУ, оснащенные высокожесткими гидравлическими револьверными головками и прецизионными сервоприводными инструментами.
   • Применялась технологическая схема "Черновое точение - Получистовое точение - Чистовое точение" для постепенного устранения напряжений обработки и приближения к окончательным размерам.
   • Для чистовой обработки были выбраны вставки из CBN (кубического нитрида бора) для чистового точения на высокой скорости, с небольшой глубиной резания и большой подачей, эффективно обеспечивая точность формы и достигая отличного качества поверхности.
3. Ключевой процесс: Прецизионное шлифование:
   • Для цилиндрического шлифования использовались высокоточные цилиндрические шлифовальные станки с ЧПУ немецкой марки. Шлифовальные круги были тонко сбалансированы, а станки были установлены в цехе с постоянной температурой (20±1°C).
   • Используя процесс "Черновое шлифование - Чистовое шлифование - Шлифование с выхаживанием", посредством управления подачей на уровне микронов и шлифования с выхаживанием, требуемые допуск h6 (±0,002 мм) и шероховатость поверхности Ra 0,2 мкм стабильно и последовательно достигались.
   • Чтобы гарантировать округлость ≤ 0,001 мм, мы оптимизировали процесс шлифования центрального отверстия для обеспечения точности и надежности базовой поверхности обработки.
4. Основной контроль процесса термообработки:
   • Использовались вакуумные печи с контролируемой атмосферой для закалки и отпуска для получения однородной и мелкой сорбитной структуры, обеспечивающей прочность и вязкость сердцевины (HRC28-32).
   • Применялась индукционная закалка сверхвысокой частоты для ключевых сопрягаемых поверхностей, таких как шейки и шпоночные пазы. Точно контролируя форму индуктора, мощность нагрева, время и скорость охлаждения, был достигнут однородный закаленный слой с твердостью HRC60-62 и глубиной 1,0-1,5 мм с минимальными искажениями.
5. Коррекция динамической балансировки и окончательный контроль:
   • Каждый входной вал подвергался двухплоскостной коррекции динамической балансировки на вертикальном станке динамической балансировки. Остаточный дисбаланс строго контролировался в пределах класса G2.5 путем удаления массы (микросверление в определенных местах) или, в редких случаях, добавления массы, обеспечивая плавную работу на высокой скорости.
   • Окончательный контроль включал 100% проверку всех размеров и геометрических допусков с использованием координатно-измерительной машины (КИМ) UK LK, дополненную выборочными проверками с помощью измерителя шероховатости поверхности и цифрового твердомера по Роквеллу. Все данные записывались в систему MES для полной прослеживаемости качества процесса.

Благодаря вышеуказанному процессу прецизионного производства мы успешно поставили входные валы гармонических редукторов, которые полностью соответствовали требованиям заказчика:

• Полное соответствие требованиям к точности: Все размерные, геометрические допуски и шероховатость поверхности соответствовали или даже превышали проектные требования.
• Отличная и надежная производительность: Тестирование заказчиком показало, что срок службы по усталости превысил проектные спецификации на 30%, а уровни шума и вибрации были значительно ниже ожидаемых.
• Высокая стабильность серийного производства: Первая партия из 500 штук достигла показателя годности 99,8%, что в значительной степени поддержало серийное производство человекоподобных роботов заказчика.

Отзывы клиентов показали, что наши входные валы способствовали более точной передаче мощности, более плавному движению и более высокой надежности для суставов их человекоподобных роботов, особенно преуспевая в высокодинамичных приложениях, таких как плечевые и тазобедренные суставы.

Эта технология прецизионной обработки и услуги подходят для:

• Высокоточные модули суставов человекоподобных роботов: Такие как суставы с высокой нагрузкой или высокими требованиями к точности, такие как плечи, локти, бедра и колени.
• Суставы промышленных роботов: Поворотные соединения для шестиосевых коллаборативных роботов (COBOTs) и роботов SCARA.
• Прецизионное автоматизированное оборудование: Высокоточные области передачи, такие как оборудование для производства полупроводников (например, манипуляторы для обработки пластин), прецизионные оптические приборы и медицинское оборудование.
• Аэрокосмическая отрасль: Приводные механизмы с экстремальными требованиями к весу, надежности и точности, такие как механизмы наведения спутниковых антенн.

Мы предоставляем углубленные услуги по обработке на станках с ЧПУ по индивидуальному заказу:

• Обработка в соответствии с чертежами или образцами: Обработка на основе чертежей или образцов, предоставленных заказчиками.
• Индивидуальная настройка материалов и процессов: Рекомендации и индивидуальная настройка материалов (например, нержавеющая сталь для коррозионной стойкости) и процессов термообработки в зависимости от условий эксплуатации (нагрузка, скорость, окружающая среда).
• Консультации по оптимизации конструкции специальных конструкций: Предоставление предложений по оптимизации конструкции для областей концентрации напряжений, таких как переходы плеч вала, подрезы и шпоночные пазы, для увеличения срока службы по усталости.
• Полная поддержка процесса: Предлагаем комплексные услуги от подготовки прецизионной кованой заготовки → обработки → термообработки → обработки поверхности → сборки.

• Связь с технической командой: Выделенные инженеры предоставляют технические консультации и поддержку по решениям технологических процессов.
• Услуга быстрого прототипирования: Быстрое изготовление прототипов для сокращения циклов исследований и разработок заказчика.
• Комплексная документация по качеству: Предоставление полных документов по качеству, включая сертификаты материалов, отчеты о термообработке и полные отчеты о проверках (FAI) с поставками.
• Постоянное совершенствование и стабильные поставки: Создание механизмов постоянного улучшения качества для обеспечения стабильности производительности продукции и своевременной доставки.