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今年, 某家从事服务机器人的企业有腿部支架订单, 其对零件有要求, 一为零件整体重量需小于或等于120克, 二为安装孔位位置度要小于或等于0.01毫米, 三是要满足15千克的负载强度要求, 前期用压铸工艺生产的零件, 因内部气孔多且强度不足, 出现了批量断裂问题, 我们借助机器人铣削加工的优化方案, 再结合镂空拓扑轻量化设计, 最终达成了批量零件强度达标准且重量控制在115克以内的目标。
机器人关节结构件加工
人形机器人轻量化下的铣削加工应用
人形机器人若要达成更长时间的续航, 以及实现更加灵活的运动, 首要关键技术方向在于核心结构件的轻量化, 每减轻重量达到10%, 续航能力大概可提升12%, 与此同时, 关节所承受的负载压力会降低, 运动精度也会随之相应地得到提升。
用于机器人铣削加工的, 是借由CNC铣削工艺来达成, 针对机器人各类轻量化结构件、传动件的成型加工, 它能够适配拓扑镂空、薄壁成型等各类轻量化设计方案, 属于当前人形机器人核心结构件量产的主流工艺, 下面是当前应用最广泛的三类场景:
1、机器人核心运动部件, 比如机器人关节壳体、电机端盖、减速器安装座等, 在加工这些核心运动部件时, 对形位公差、表面粗糙度的要求是极高的, 机器人铣削加工能够借助一次装夹, 达成多面特征的高精度加工, 并且通过内部掏料来实现减重, 由此确保同轴度、端面跳动等关键参数符合装配要求, 进而避免在运动过程当中出现卡顿、磨损过快诸多问题。
2、机器人本体结构件负责加工人形机器人的大小臂, 还有腿部支架, 以及躯干连接件等结构件, 这些结构件大多是复杂曲面、薄壁结构, 既要兼顾轻量化要求, 又要满足强度要求, 机器人铣削加工能够配合拓扑优化设计, 借助掏料、镂空等工艺达成精准减重, 与此同时确保零件的力学性能符合负载要求, 这是当前铝合金铣削加工于机器人轻量化领域的核心应用方向。
3、有机器人末端执行器参与加工的零件, 像灵巧手手指、夹持器组件、传感器安装支架等, 这些零件具有尺寸小、特征密集、精度要求高的特点, 机器人铣削加工能达成微米级的特征加工, 与此同时, 凭借薄壁镂空设计来降低末端重量, 以此减少关节负载, 还要保证零件的配合间隙被控制在标准以内, 从而满足末端执行器的高精度运动需求。
轻量化结构件不同工艺优势对比
就人形机器人那种轻量化的结构件而言, 在不同的批量情形下, 在不同的精度要求状况下, 机器人铣削加工跟其他成型工艺相比, 它们的优势、劣势方面的差异显著, 具体的对比情况如下:
机器人铣削加工
能够看得出, 机器人铣削加工于精度方面、强度方面、轻量化设计适配性方面所具备的综合优势, 恰好契合人形机器人行业新品迭代速度快、小批量试产数量多、减重要求程度高的需求, 能够达成减重百分之二十八的同时维持结构强度不出现下降, 是当下小批量机器人零件定制的首选工艺。
轻量化结构件铣削加工核心技术要点
铝合金薄壁、镂空拓扑结构的人形机器人轻量化结构件, 在加工时, 有三个核心技术要点是需要重点去进行控制的:
薄壁件让刀变形控制
专门用于机器人的腿部支架、大小臂等那些轻量化的零件,其壁厚仅仅只有1.5 – 2mm, 在进行切削这个过程当中, 特别容易因为受到力的作用, 从而出现让刀变形这种情况, 进而导致尺寸超出公差范围。
深圳机器人铣削加工服务商慧闻智造的工艺团队, 会采用分层切削的方式, 会通过顺铣优化的办法, 会运用刀具路径补偿等手段, 结合定制化的工装夹具, 以此来分散切削力, 进而将让刀变形量控制在标准范围, 最终无需后续校形工序。
复杂镂空曲面精度控制
人形机器人的仿生轻量化结构件当中, 存在着大量的自由曲面, 而且还有镂空型腔, 常规的三轴加工, 需要进行多次装夹, 这样很容易出现形位误差, 进而破坏拓扑设计的受力分布。
我们运用五轴联动机器人铣削加工工艺, 一次装夹就能完成全部曲面以及镂空特征的加工, 曲面轮廓度能够控制在正负零点零零八毫米以内, 充分保留拓扑优化的强度设计, 符合机器人关节结构件加工的装配要求。
批量加工一致性控制
机器人关节结构件所要加工的批量订购单子, 一般是在100到1000件这个范围之内, 而轻量化的设计呢！对于尺寸的偏差, 有着更低一些的容忍程度, 这就得保障所有零件在尺寸方面是一致的, 防止出现装配效果不好或者强度不够的情况。
我们构建了标准化的工艺参数库, 针对常用的铝合金铣削加工轻量化情形预先设定显著高效的切削参数, 与此同时每20件进行关键尺寸的抽样检测, 保证批量零件的尺寸偏差被控制在标准范畴之内, 合格率稳固在98%以上。
慧闻智造轻量化铣削加工服务能力
作为在深圳专门集中精力于机器人领域的高端机器人全产业链服务商, 慧闻智造于2018 年进行注册成立, 它是国家高新技术企业, 是在2024年被认定的专精特新企业, 当前我们配备有10000㎡标准化厂房, 拥有150 多台精密加工设备, 其中含16台五轴联动加工中心, 其加工实测精度能够达到±0.005mm。
慧闻智造给出机器人本体硬件设计跟制造服务, 以模块化ODM方式运行, 涵盖设计方面（机械结构、电气方案设计、工艺优化）, 制造方面（CNC加工、模具、表面处理）, 装配方面（组件试装、产品组装与调试）整个流程, 准许客户按需求挑选单一或者多个服务模块, 核心服务优势是下面这些:
1、从设计起始, 到制造全程, 两者紧密关联成一体化模式: 能够与客户共同协作, 去达成轻量化结构的优化工作, 依据可制造性的具体状况, 对设计方案予以调整, 以此防止出现加工失败的情况。
2、精度实施管控, 配备了德国蔡司三坐标, 还配备了粗糙度仪等别的检测设备, 数量达到20多台, 针对所有零件能够出具全尺寸检测报告。
3、可针对不同的轻量化材料, 对切削参数予以优化, 其范围涵盖 6 系铝合金, 7 系铝合金, 镁合金, 钛合金以及碳纤维复合材料, 在这些方面均具备成熟的加工经验。
4、它具备这样的交付能力: 能够以最快3天这样的速度给10件以内的样品完成交付, 支持针对小批量机器人零件进行定制的情况；另外, 针对1000件以内形成的批量订单, 它最快为15天得以完成交付。
5、资质认证方面, 已通过各项认证, 特定情况是质量管理体系认证；数量上拥有20余项相关专利；业务服务领域, 目前已然为众多客户提供过不同类型服务, 诸如华为、新松等客户, 还有小米生态链企业、中科院这些不同主体, 服务具体内容为机器人关节结构件加工, 以及铝合金铣削加工轻量化服务。
若您存在人形机器人轻量化结构件, 以及机器人铣削加工, 亦或是小批量定制方面的需求, 那么能够直接发送图纸以获取工艺方案以及报价, 而我们的工程师会在24小时之内给出具有针对性的回复。
