Разберите шестиосевой промышленный манипулятор — и вы найдёте от 40 до 80 обработанных деталей. Не литьё, не пресс-формы — обработка. И почти ни одна из них не простая.
Эта статья — экскурс по этим деталям, и что важнее, по четырём требованиям, которые определяют их все. Если вы новичок в закупках для робототехники, начните отсюда.
Перечень деталей
| Сборка | Типичные обработанные детали | Функции, определяющие стоимость | Распространённые материалы |
|---|---|---|---|
| Модуль шарнира | Водило волнового редуктора, посадочное место подшипника, выходной фланец, кольцо прокладки кабелей | Концентричность отверстия подшипника, тонкие стенки, жёсткие окружности болтов | 7075-T6, сталь 4140, Ti-6Al-4V |
| Редуктор | Корпус RV-редуктора, циклоидальный диск, входные/выходные валы, монтажная плита | Позиционный допуск посадочного места шестерни, плоскостность уплотнительной поверхности | 20CrMnTi, 40Cr, 6061-T6 |
| Конечное исполнительное устройство | Основание захвата, коллектор вакуумной присоски, адаптер быстросменного инструмента, крепления пальцев | Малый вес, сложная схема крепления, отсутствие заусенцев | 6061-T6, POM, нержавеющая сталь 303 |
| Звено / рука | Структурное звено, замена литья предплечья, корпус запястья | Длинная тонкая геометрия, карманы для снижения веса, контроль деформации | 6061-T6, 7075-T6 |
| Кронштейн датчика | Крепление энкодера, кронштейн видеокамеры, адаптер датчика силы | Позиционная точность относительно базы, жёсткость | 6061-T6, латунь, конструкционные пластики |
| Подвижное основание (AGV/AMR) | Плита шасси, крепление двигателя, ступица колеса, башня датчиков | Большие плоские поверхности, множество схем отверстий, плоскостность на большой площади | 6061-T6, 5052, стальной лист |
Если запомнить только одну строку, запомните модуль шарнира. Именно там сталкиваются допуск, материал и стоимость.
Что на самом деле важно этой отрасли
Четыре вещи. Всё в чертеже робота восходит к одной из них.
1. Вес — потому что он умножается
Захват тяжелее на 300 г — это не 300 г лишней стоимости. Он снижает грузоподъёмность, которую может нести рука, либо заставляет брать бóльшую руку, либо замедляет цикл, чтобы защитить редукторы. Вес на конце руки оплачивается несколько раз.
Именно поэтому детали роботов полны карманов, рёбер и облегчающих отверстий, и именно поэтому 7075 (прочнее, поэтому его нужно меньше) часто выигрывает у 6061 (дешевле за кг) на деталях на конце руки, несмотря на бóльшую цену материала. Это также причина, по которой тонкие стенки встречаются повсюду — а тонкие стенки — самая дорогая особенность в этом списке.
Мы подробно писали об этом выборе материалов: Материалы деталей робота: что использовать для каждого компонента.
2. Повторяемость, а не только точность
Сделать один красивый экземпляр легко. Трудное требование в робототехнике — чтобы деталь № 200 измерялась так же, как деталь № 1, — потому что рука собирается из деталей, обработанных в разные недели, и сборка должна выдерживать свою спецификацию повторяемости каждый раз.
На практике это смещает разговор с «сможете ли вы сделать одну» на «как вы удержите это в рамках партии». Это означает приспособления, задокументированные настройки и измерение тех признаков, которые действительно определяют сборку, — а не только тех размеров, которые легко проверить.
3. Усталость — тихий убийца
Детали роботов выдерживают миллионы циклов нагружения. Усталостные трещины начинаются в концентраторах напряжений, а концентраторы напряжений — почти всегда самая неприметная особенность на чертеже: внутренний угол с слишком малым радиусом, след от инструмента через нагруженную поверхность, резьба, выходящая в галтель.
Три привычки DFM здесь важнее, чем почти в любой другой отрасли:
- Достаточно большие внутренние радиусы на нагруженных карманах. Острый угол — это зародыш трещины.
- Качество поверхности на несущих галтелях. Грубая траектория инструмента оставляет микронадрезы.
- Никаких резких изменений сечения. Переход от толстого бобышка к тонкой перемычке — то место, где начинаются трещины.
Ни одна из них не дорога, если она заложена в конструкцию. Все они дороги, если обнаруживаются при испытаниях.
4. Геометрический допуск важнее допуска на размеры
Кронштейн может иметь все размеры в допуске и всё равно плохо собираться, потому что важно то, где признаки расположены относительно друг друга:
- Концентричность между отверстием подшипника и монтажным выступом
- Перпендикулярность торцевой поверхности фланца его оси
- Позиционный допуск окружности болтов относительно базы
Это те допуски, которые определяют, заклинит ли шарнир, будет ли редуктор изнашиваться неравномерно и сохранит ли спецификация повторяемости руки через 6 месяцев.
Практический вывод: структура баз важнее числа знаков после запятой. Скажите нам, какой признак является базой и чему он должен соответствовать. Это стоит больше, чем зажимание каждого размера.
Если хотите общую версию этого аргумента, это Вторая станция От чертежа к стоимости — та часть, про то, что нужно отмечать только реально сопрягаемые поверхности.
О структуре стоимости
Работа с робототехникой обычно характеризуется как высокое разнообразие, малый объём: множество позиций, по десять-двадцать каждой, постоянно пересматриваемых. Это имеет конкретное следствие, которое удивляет людей, пришедших из потребительской электроники.
Определяющая стоимость — часто не время резания. Это переналадка — новая программа, новое приспособление, новое первое изделие каждый раз, когда меняется позиция. Сто деталей, разнесённых по пяти позициям, стоят заметно дороже, чем сто деталей одной позиции, даже если общее количество снятого металла одинаково.
Что помогает, по порядку:
- Заморозьте конструкцию на партию, а не вносите правки между каждыми пятью штуками.
- Общие признаки для разных позиций — одна и та же схема болтов, одна спецификация резьбы, одинаковые радиусы углов.
- Заказывайте разумными партиями. Таблица количеств в «От чертежа к стоимости» здесь применима больше, чем где бы то ни было: переход от 10 к 50 почти не меняет металл, но меняет всё в части накладных расходов на деталь.
Часто задаваемые вопросы
Почему тонкостенное алюминиевое звено так сильно дороже, чем кажется?
Потому что тонкие стенки сопротивляются резцу. Удержание плоскости стенок 1 мм требует сниженных параметров, дополнительных проходов и иногда временных рёбер, которые удаляются на последующей операции. Стенка 2 мм намного дешевле, чем стенка 1 мм. Если конструкция это допускает, это самое дешёвое из возможных изменений.
Нужна ли роботам термообработка?
Зубчатые и валовые детали из стали — да. Алюминиевые конструкционные детали обычно полагаются на состояние T6 исходной заготовки, — но большой съём материала может снять напряжение и вызвать смещение, поэтому снятие напряжений перед чистовой обработкой на прецизионных деталях — обычная практика.
Насколько жёсткими на самом деле должны быть допуски?
Посадки подшипников и посадочные места шестерён: действительно жёсткие, часто ±0,005–0,01 мм по критическому признаку. Кронштейны, крышки и крепления датчиков: обычно достаточно ±0,05 мм. Ошибка — применять первое число ко всему.
Можете ли вы выдержать концентричность между признаками на противоположных сторонах детали?
Да, но обычно это означает одну установку. Этому посвящена следующая статья в серии: 5-осевая обработка деталей робота за одну установку.
Где мы подходим
Мы обрабатываем детали роботов в Шэньчжэне на 30 станках с ЧПУ (CNC), включая настоящую 5-осевую обработку, с токарной обработкой и сетью финишной обработки вокруг них. Мы выполняем много работ высокого разнообразия и малого объёма, поэтому мы привыкли к описанной выше экономике переналадки, а не удивляемся ей.
Пришлите STEP и PDF. Мы скажем вам, какие признаки повышают вашу стоимость, какие допуски выполняют реальную работу, а какие просто делают деталь дороже.