Miksi lujasta painoon päällystetty alumiini korvaa teräksen Cobotin robottiaseissa?

Yhteistyörobotit (kobotit), jotka on suunniteltu toimimaan turvallisesti ihmisten kanssa dynaamisissa valmistusympäristöissä, vaativat tarkkaa kineettistä ohjausta, suuria kiihtyvyyssuhteita ja alhaisia ​​nivelmoottorin vääntömomentteja. Perinteiset raskaat teräskotelot ja rakenteelliset varsisegmentit aiheuttavat ankarat inertiasegmentit, jotka rajoittavat hyötykuorman ja painon suhdetta ja kiihdyttävät toimilaitteen väsymistä.

Hyödyntämällä lujat pinnoitetut alumiiniseokset (kuten 5052-H32, 6061-T6 tai erikoistuneet 7075-T6 nauhat ja levyt, joissa on suojaava/johtava pinnoite) antavat robotiikkavalmistajat leikata käsivarren massaa jopa 60 % samalla kun ne tarjoavat erinomaisen lujuuden, tehokkaan lämmönpoiston ja pitkäaikaisen pintakorroosion suojauksen.

Rakenneteräksen suuret hitaus- ja hyötykuorman rajoitukset

Perinteiset teräskomponenteista valmistetut kobottivarret kärsivät liiallisesta rakenteellisesta massasta:

Suuri dynaaminen nivelkuorma: Raskaat varsien vivustot lisäävät jatkuvaa nivelen vääntömomenttia, mikä pakottaa insinöörit määrittelemään suurempia, raskaampia ja kalliimpia servomoottoreita ja vaihteistoja.

Heikentynyt törmäysherkkyys: Cobotin turvallisuus riippuu nopeista tehon ja voimanrajoitusten (PFL) antureista; suuri käden hitaus hidastaa pysähtymisaikoja vahingossa tapahtuvan ihmiskontaktin aikana, mikä aiheuttaa turvallisuusriskejä.

Päällystämättömien alumiini- ja kuitukomposiittien rajoitukset

Vaikka kevyet materiaalit ovat välttämättömiä, raakaalumiini- ja polymeerikomposiiteilla on toiminnallisia haittoja:

Rakenteellinen teräs vs. pinnoitettu erittäin luja alumiinivarsi

Pinnan kuluminen ja ympäristön aiheuttama korroosio: Päällystämätön alumiini naarmuuntuu ja hapettuu helposti joutuessaan alttiiksi leikkausnesteille, pesuaineille tai tehtaan kosteudelle.

Hiilikuidun delaminaatio ja EMI-haavoittuvuus: Hiilikuitukomposiitit ovat kevyitä, mutta ovat alttiita iskuille mikrohalkeilulle, niitä on vaikea maadoittaa ja ne tarjoavat heikon sähkömagneettisen häiriön (EMI) suojauksen.

Teknisten eritelmien matriisi: Cobot-aseiden rakennemateriaalit

Alla olevassa taulukossa verrataan rakenneteräksen, hiilikuitukomposiittien ja päällystettyjen lujien alumiiniseosten keskeisiä teknisiä ominaisuuksia:

Suorituskyvyn edut Cobot Arm -sovelluksissa

FAQ

Kysymys 1: Miksi pinnoitettu alumiini on parempi kuin hiilikuitu kobotinvarren kotelosegmenteissä?

V: Vaikka hiilikuitu on kevyttä, päällystetty alumiini tarjoaa paremman lämmönjohtavuuden ( 130-170 W/m·K  vs. <10 W/m·K ), alhaisemmat valmistuskustannukset, erinomaisen iskunkestävyyden ilman delaminaatiota ja sisäänrakennetun EMI-suojauksen ilman metalliverkkoja.

Kysymys 2: Kuinka kobotin käsivarren massan vähentäminen parantaa turvallisuutta ihmisen ja robotin kontaktin aikana?

V: Pienempi massa pienentää suoraan robottikäsivarren hitausmomenttia ( I ). Matalamman kineettisen energian ansiosta kobotin voimaa rajoittavat anturit voivat havaita törmäykset ja pysäyttää käsivarren paljon nopeammin, mikä vähentää mahdollisia ihmiskäyttäjiin kohdistuvia iskuvoimia.

Q3: Kuoriutuuko tai halkeileeko toiminnallinen pinnoite CNC-työstön tai taivutuksen aikana?

V: Ei. Korkealaatuisissa esipinnoitetuissa tai jatkuvatoimisissa eloksoiduissa alumiinilevyissä käytetään joustavia polymeerisideaineita tai tiukasti sidottuja oksidikalvoja, jotka on kovetettu korkeissa lämpötiloissa, jolloin saavutetaan luokan 0 poikittaiskiinnitys, joka kestää taivutus- ja stanssausoperaatioita.

Q4: Miten alumiinin lämpölaajenemiskerroin verrattuna teräkseen tarkkuusrobotin liitoksissa?

V: Alumiinilla on suurempi lämpölaajenemiskerroin ( ~ 23 × 10⁻⁶ K ) kuin teräksellä (~ 12 × 10⁻⁶ K ). Alumiinin ylivoimainen lämmönjohtavuus kuitenkin haihduttaa liitoslämmön nopeasti, pitäen liitoksen yleiset käyttölämpötilat huomattavasti alhaisempana ja minimoiden lämpölaajenemisgradientit.

Q5: Kuinka laitteiston ostajien tulisi lähettää tekninen arviointipyyntö?

V: Ostajien tulee lähettää fyysiset vertailukohdenäytteet tai tekniset piirustukset suoraan Changzhou Dingang Metal Material Co., Ltd:lle. Insinöörilaboratoriomme suorittaa koostumuksen tarkastuksen, pinnoitteen tartuntatestauksen ja mittatarkistukset sekä palauttaa yksityiskohtaisen teknisen raportin ja kilpailukykyisen tarjouksen.

Johtopäätös

Vaihto rakenneteräksestä erittäin luja päällystetty alumiini antaa robottisuunnittelutiimille mahdollisuuden maksimoida kobotinvarren hyötykuorman ja painon suhteet, parantaa dynaamisia turvallisuusmittareita ja varmistaa nivelten pitkäkestoinen kestävyys.

Materiaalin valinnan optimointi kobotin robottikäsivarsiprojektillesi:

Määritä metalliseoksen lämpö stressivaatimusten mukaan: Käytä 6061-T6:ta tai 7075-T6:ta suuren kuormituksen käsivarren pääsegmenteissä ja ranteen nivelissä; käytä 5052-H32:ta kevyissä ulkosuojakuorissa ja kotelosuojissa.

Valitse pinnoitetyyppi käyttöympäristön perusteella: Käytä kova-anodisoituja tai raskaspolymeerilakkoja roiskeille alttiille teollisuusalueille; käytä sähköä johtavia keraamisia pinnoitteita rungon sisäosissa, jotka vaativat EMI-maadoituksen.

Yhteistyö sertifioitujen käsittelyasiantuntijoiden kanssa: Tee yhteistyötä kokeneiden alumiinintuottajien, kuten Changzhou Dingang Metal Material Co., Ltd.:n kanssa fyysisten näytteiden arvioimiseksi, tarkan leikkaustoleranssin varmistamiseksi ja materiaalien läpimenoajan optimoimiseksi.