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Die internationale Robotikbranche wächst rasant. Humanoide Roboter werden ab 2026 in Massenproduktion hergestellt, was eine explosionsartige Entwicklung in nahezu allen Komponentensektoren auslöst. Es wird erwartet, dass bis 2050 weltweit 300 Millionen humanoide Roboter existieren werden; das bedeutet, dass auch Milliarden von kundenspezifischen Teilen bearbeitet, geliefert und montiert werden müssen.
Wenn Sie an der Entwicklung eines humanoiden Service-Roboters, eines Industrieroboters für die Fabrikautomatisierung oder medizinischen Roboter-Sonderteilen für die chirurgische Unterstützung arbeiten, bestimmt die Qualität der verwendeten Komponenten Folgendes: wie gut sich der Roboter bewegt, wie effizient er Energie nutzt, wie lange er hält und wie sicher er ist.
Dieser Leitfaden richtet sich an Ingenieure, Produktdesigner und Einkäufer, die gleichbleibend leistungsfähige kundenspezifische Roboterteile benötigen. Er enthält Informationen zu den wichtigsten Bearbeitungsherausforderungen bei der Fertigung von Roboterbauteilen, zur Anwendung praktischer Mehrachsansätze für komplexe Strukturen, zu Ideen für den Bau langlebiger Gelenke und dazu, worauf Sie bei Lieferanten von kundenspezifischen Roboterteilen achten sollten.
Die Bearbeitung von Komponenten für humanoide Roboter stellt mehrere einzigartige Herausforderungen dar, die weit über die Standard-CNC-Arbeit hinausgehen.
Herausforderung 1 - Interne Komplexität durch mehrachsige Roboterbauteile:
Ein Großteil der gefertigten mechanischen Elemente, wie Aktuatorgehäuse und kundenspezifische Robotergelenkgehäuse, erfordert häufig unter anderem mehrere verschiedene Produkteigenschaften (Freiformflächen, tiefe Kavitäten usw.), aber die traditionelle Drei-Achs-Bearbeitung kann nicht alle diese Eigenschaften in einer einzigen Aufspannung erzeugen, was mehrere Neupositionierungen und daraus resultierende Ansammlungen von Toleranzfehlern sowie erhöhten Arbeitsaufwand erforderlich macht.
Herausforderung 2 - Mikrometertoleranzen von bewegungserzeugenden Roboterbauteilen:
Es gibt viele Gelenke in jedem humanoiden Roboter, und selbst die geringsten Abweichungen in der Genauigkeit jeder Komponente führen zu Nachlaufen, Ruckeln und Verklemmen in der kinematischen Kette des Roboters; daher haben alle bewegungserzeugenden Komponenten extrem präzise Toleranzen, typischerweise ±0,005mm - ±0,01mm; und wenn das Ziel des Roboters darin besteht, die Reibung zu reduzieren, um die Langlebigkeit beider Komponenten zu erhöhen, darf die maximal zulässige Oberflächenrauheit für jede Komponente, die eine andere berührt, Ra≤0,4μm betragen.
Herausforderung 3 - Gleichgewicht zwischen Gewicht, Festigkeit und Bearbeitbarkeit:
Die Zugabe von einem Gramm Gewicht erhöht den Energieverbrauch und verringert die Akkulaufzeit; jedoch sind leichte Materialien im Allgemeinen schwerer zu verarbeiten; daher wurden für die Konstruktion kundenspezifischer Roboterteile viele Materialien verwendet; zum Beispiel:
Aluminium (6061/7075-T6): Aluminiumwerkstoffe bieten ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bei guter Bearbeitbarkeit; sie verformen sich jedoch beim Schneiden mit zunehmend aggressiven Schnitten.
Titan (Ti6Al4V/Grade 5): Titan ist ein Material mit außergewöhnlicher Festigkeit und Biokompatibilität, aber aufgrund seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit führt Titan zu einem schnellen Verschleiß der für die Bearbeitung verwendeten Werkzeuge und kaltverfestigt während der Bearbeitung.
Edelstahl (304/316/17-4 PH): Edelstahl ist sehr widerstandsfähig gegen Verschleiß und Stöße; er ist jedoch ein relativ schweres Material und sehr schwierig mit sehr engen Toleranzen zu bearbeiten.
Technische Kunststoffe (z. B. PEEK, Delrin, Ultem): Technische Kunststoffe sind leicht und haben isolierende Eigenschaften; sie sollten jedoch bei der Bearbeitung nicht übermäßig erhitzt werden, da sie schmelzen und Grate bilden können.
Herausforderung 4 - Dünnwandige Komponenten sind anfällig für Vibrationen und/oder strukturelle Verformungen:
Um das Gesamtgewicht zu reduzieren, verwenden viele der strukturellen Komponenten von Robotern eine dünnwandige Konfiguration; daher vibrieren und/oder verformen sich die strukturellen Komponenten während der Bearbeitung, was den Einsatz geeigneter Bearbeitungsstrategien und Werkzeugwegstrategien erfordert.
Falcon CNC Swiss kombiniert fortschrittliche Technologie, technische Disziplin und praktische Erfahrung, um Lösungen für Ihre Herausforderungen zu finden:
Wir nutzen die 5-Achs-CNC-Bearbeitung, um komplexe Merkmale in einer Aufspannung zu erreichen, wodurch potenzielle Fehler durch das Neupositionieren von Teilen reduziert und die Ausgabequalität verbessert werden.
Unsere CNC-Drehautomaten vom Schweizer Typ verwenden spezielle Kühlmittel, um kleindimensionierte Komponenten aus Titan und Edelstahl mit Mikrometertoleranzen präzise zu bearbeiten.
Die In-Prozess-Prüfung gefolgt von einer CMM-Inspektion kritischer Abmessungen (in der Mitte des Durchlaufs) bietet die Möglichkeit, Offset-Anpassungen an den Komponenten vorzunehmen, bevor sie außerhalb der Spezifikation liegen.
Unsere Vorrichtungsstrategien für die Bearbeitung dünnwandiger Komponenten minimieren Vibrationen und helfen, Verformungen dieser Komponenten während der Bearbeitung zu verhindern.
Wir sind in der Lage, Prototypen oder Serienproduktionen von kundenspezifischen Roboterarmen oder einzigartigen Roboterteilen für Ihre neue humanoide Plattform mit unserem ingenieursorientierten Ansatz bereitzustellen und so eine gleichbleibend hohe Qualität während des gesamten Durchlaufs für die Produktion maßgeschneiderter Roboterteile sicherzustellen. Entdecken Sie die Präzisions-CNC-Bearbeitungsmöglichkeiten von Falcon für die kundenspezifische Roboterfertigung.
Viele der anspruchsvollsten kundenspezifischen Roboterteile – von kundenspezifischen Roboter-Greiferfingern bis zu strukturellen Elementen kundenspezifischer Roboterrahmen – können auf 3-Achs-Geräten nicht effektiv bearbeitet werden.
Die 5-Achs-CNC-Bearbeitung ermöglicht es dem Schneidwerkzeug, das Werkstück in einer einzigen Aufspannung aus mehreren Winkeln zu bearbeiten. Dies bietet mehrere entscheidende Vorteile für industrielle kundenspezifische Roboterteile:
| Vorteil | Wie es Roboterbauteilen hilft |
| Einspannungsproduktion | Beseitigt Toleranzstapelung durch mehrere Spannungen; entscheidend für koaxiale Bohrungen und Lochkreise |
| Zugang zu Hinterschnitten und tiefen Kavitäten | Ermöglicht komplexe kundenspezifische Robotergelenkgehäuse mit internen Merkmalen |
| Bessere Oberflächengüten | Kontinuierlicher Werkzeugkontakt reduziert Riefenmarkierungen auf Freiformflächen |
| Reduzierte Vorrichtungskomplexität | Weniger kundenspezifische Vorrichtungen bedeuten schnellere Einrichtung und geringere Kosten |
| RTCP-Fähigkeit | Hält die Werkzeugorientierungsgenauigkeit unabhängig von der Maschinenrotation aufrecht |
Strategie 1: Definieren Sie ein integriertes Bezugssystem vor jedem Schneidvorgang
Viele Aspekte eines Teils, wie Lochkreise, Montageflächen und Lagerbohrungen, müssen sich auf ein gemeinsames „Bezugssystem“ (Ursprung) beziehen, unabhängig davon, wie das Teil positioniert wurde (umgedreht oder gedreht). Erstellen Sie vor Beginn eines Schneidvorgangs ein Bezugssystem, das während aller Bearbeitungsprozesse konsequent verwendet wird.
Strategie 2: Gestalten Sie Ihren Werkzeugweg symmetrisch für dünne Wände
Bei der Bearbeitung leichter, kundenspezifischer Roboterrahmenbauteile sorgt die Verwendung symmetrisch gestalteter Bearbeitungsbahnen für eine gleichmäßige Verteilung der Schnittkräfte und verringert die Wahrscheinlichkeit von Verformungen. Nähern Sie sich dünnen Wänden beispielsweise von beiden Seiten, anstatt zuerst eine Seite vollständig zu schneiden, was die Wahrscheinlichkeit von Verformungen des Teils minimiert.
Strategie 3: Verwenden Sie Hochdruckkühlmittel bei der Bearbeitung anspruchsvoller Materialien
Bei der Bearbeitung von Titan oder Edelstahl für medizinische Roboter-Sonderteile oder kundenspezifische Roboterarme mit hoher Tragfähigkeit ist der Einsatz von Hochdruckkühlmittel-Werkzeugen zwingend erforderlich. Hochdruckkühlmittel-Werkzeuge 1) entfernen Späne aus dem Schneidbereich; 2) reduzieren die Wärmeentwicklung; und 3) verhindern eine Kaltverfestigung an der Materialoberfläche.
Strategie 4: Überprüfen Sie die Abmessungen vor dem Ausspannen
Ein zuverlässiger Prozess besteht aus der 5-Achs-Bearbeitung mit einer Aufspannung pro Teil und der Durchführung einer Überprüfung vor dem Entfernen des Teils aus der Maschine. Die frühzeitige Erkennung von Maßabweichungen ermöglicht die Vermeidung der Produktion von Ausschussteilen.
Die Auswahl des richtigen Materials für Ihre kundenspezifischen Roboterteile ist genauso wichtig wie die Auswahl der richtigen Bearbeitungsstrategie. Hier ist eine Kurzreferenztabelle:
| Komponententyp | Empfohlenes Material | Grund |
| Kundenspezifische Roboterarmglieder und Strukturrahmen | Aluminium 7075-T6 | Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis; korrosionsbeständig |
| Hochbelastete Gelenke und Hüftkomponenten | Titan Grade 5 (Ti-6Al-4V) | Außergewöhnliche Festigkeit mit Biokompatibilität |
| Verschleißflächen und Aktuatorgehäuse | 17-4 PH Edelstahl | Wärmebehandelbar; hervorragende Verschleißfestigkeit |
| Isolierende Abstandshalter und leichte Füllkomponenten | PEEK oder Delrin | Geringes Gewicht
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