Automatyzacja o wysokiej cykli: precyzyjne obudowy napędów i łączniki kinematyczne

Wyzwanie techniczne: zarządzanie bezwładnością dynamiczną a sztywnością konstrukcyjną

Głównym punktem tarcia dla europejskich integratorów automatyki często jest równowaga między masą posuwisto-zwrotną a trwałością komponentów. W tym projekcie klient wymagał 15% wzrostu prędkości cyklu bez pogarszania całodobowej żywotności jednostki napędowej. Nasz zespół inżynierów stwierdził, że starsze stalowe ogniwa generowały nadmierne drgania pasożytnicze przy wysokich obrotach na minutę.

Strategia optymalizacji materiałów

Wdrożyliśmy hybrydowe podejście materiałowe, aby rozwiązać problem wąskiego gardła bezwładności:

• Połączenia kinematyczne: Przejście ze standardowej stali na aluminium 7075-T6Dzięki zastosowaniu frezowania obwodowego z dużą prędkością za pomocą frezów o polerowanych rowkach wiórowych uzyskaliśmy wykończenie powierzchni, które eliminuje punkty koncentracji naprężeń, zapobiegając pęknięciom zmęczeniowym w cyklach dużych przyspieszeń.
• Obudowy napędów: Zachowany Stal stopowa AISI 4140 ze względu na jego wyższy moduł sprężystości. Aby sprostać zwiększonym obciążeniom łożysk, zastosowaliśmy miejscowe hartowanie indukcyjne, szczególnie na bieżniach łożysk, do twardości HRC 48-52, dzięki czemu rdzeń stał się wytrzymały i odporny na uderzenia.

Frezowanie twarde kontra szlifowanie tradycyjne

Istotnym przełomem w tym przypadku było wyeliminowanie szlifowania walcowego. Tradycyjnie elementy ze stali 4140 są szlifowane po hartowaniu w celu uzyskania ostatecznych tolerancji, co jest procesem czasochłonnym i kosztownym.

Wykorzystując nasze Centra obróbkowe 5-osiowe Mazaki specjalistyczne narzędzia CBN (sześcienny azotek boru) wykonaliśmy „frezowanie na twardo” w gniazdach łożysk. Pozwoliło nam to zachować równoległość0,01 mm na całej długości obudowy w jednym ustawieniu, co gwarantuje, że wał napędowy pozostaje idealnie prostopadły do ​​płaszczyzny montażu, a tym samym zmniejsza wytwarzanie ciepła i opór pasożytniczy.

Zaawansowana inżynieria powierzchni

Aby ograniczyć zużycie adhezyjne styków ślizgowych, poszliśmy dalej niż standardowa galwanizacja. Zastosowaliśmy Azotek tytanu metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) powłoka. Zwiększyło to twardość powierzchni sworzni ze stali nierdzewnej do około 2300 KMUzyskany niski współczynnik tarcia pozwolił użytkownikowi końcowemu zmniejszyć częstotliwość smarowania, co znacząco skróciło przestoje zautomatyzowanych linii montażowych.

Metrologia i Walidacja

Biorąc pod uwagę wymagania „plug-and-play” zgodnie z niemieckimi normami montażu, nasz protokół kontroli jakości obejmował:

• Pomiar powietrza: Stosowane w przypadku otworów o krytycznym znaczeniu w celu wykrycia stożkowatości lub wybrzuszeń, których standardowe sondy CMM mogą nie wykryć.
• Raportowanie CMM Zeiss:Każda partia zawiera pełne mapowanie GD&T, gwarantujące, że tolerancje ułożenia elementów w końcowym montażu nie przekroczą limitu 0,02 mm.
• 100% kontrola końcowa:Każde gniazdo łożyska zostało sprawdzone względem wzorca „Go/No-Go” przed zapakowaniem próżniowym na potrzeby transportu międzynarodowego.

Przyszły rozwój: projektowanie generatywne

Bazując na tym sukcesie, obecnie tworzymy prototyp Wersja 2.5, który wykorzystuje optymalizację topologiczną (projektowanie generatywne). Dzięki usunięciu materiału nienośnego z korpusu obudowy, spodziewamy się dalszej redukcji masy o 12% przy zachowaniu tej samej sztywności skrętnej, przesuwając granice możliwości szybkiego sprzętu automatyki.