Mecanizado CNC de piezas de rodamientos de precisión para la industria robótica

Los materiales específicos son la mejor opción para los diferentes tipos de rodamientos de precisión. El acero para rodamientos AISI 52100, por ejemplo, se endurece completamente hasta alcanzar una dureza de 62 HRC y presenta la máxima resistencia a la fatiga por contacto de rodadura durante millones de ciclos. Su fina estructura de carburo garantiza acabados lisos en las pistas de rodadura, y esta estructura ha demostrado ser fiable en rodamientos de alto rendimiento. El 52100 es excelente para el mecanizado, rentable y logra estabilidad dimensional mediante un tratamiento térmico y un revenido adecuados. Por estas razones, el 52100 se ha convertido en la opción número uno para rodamientos de articulaciones de robots, rodamientos para reductores de engranajes y husillos de alta velocidad. El acero inoxidable para rodamientos 440C ofrece resistencia a la corrosión, lo que permite un uso seguro en entornos de lavado y estériles, así como para la robótica en las industrias de procesamiento de alimentos, farmacéutica y de salas blancas. Tiene una dureza de 5360 HRC, lo que proporciona una resistencia al desgaste adecuada en comparación con el 52100, y posee propiedades no magnéticas y biocompatibles, importantes para la robótica médica. Su resistencia a la corrosión, a los productos químicos y a la humedad permite un uso seguro sin recubrimientos protectores. A cambio de la durabilidad ambiental, el 440C ofrece un rendimiento aceptable, con una reducción de la vida útil de entre un 10 % y un 20 % en comparación con el 52100.
El acero de alta velocidad M2 y el acero de temple al aire D2 son aceros para herramientas de rodamientos personalizados gracias a su extrema estabilidad térmica, resistencia al desgaste en entornos altamente abrasivos y estabilidad al tratamiento térmico en geometrías complejas. También están disponibles en cantidades más pequeñas para prototipos. Las carcasas y retenedores de rodamientos ligeros, fabricados con aleación de aluminio 7075-T6, reducen la inercia rotacional en aplicaciones de alta velocidad. Además, presentan una excelente conductividad térmica para la disipación del calor, una maquinabilidad superior para características integradas complejas y una resistencia adecuada para componentes de rodamientos sin pistas de rodadura. También se producen de forma económica para robots colaborativos y sistemas de posicionamiento, donde se logra un mejor rendimiento dinámico mediante la reducción de peso.

La fabricación de rodamientos CNC de vanguardia, como se describe en las siguientes secciones, abarca las diversas etapas de la producción de rodamientos. Además del torneado para el mecanizado en desbaste de los anillos de rodamiento, la mayoría de las operaciones utilizan procesos de rectificado. Estos pasos incluyen el rectificado cilíndrico de los diámetros interior y exterior de las pistas de rodadura, logrando tolerancias de 0.0001 pulgadas para las dimensiones y 0.00005 pulgadas para la redondez, utilizando muelas de rectificado CBN; rectificado superficial de las superficies de la cara del rodamiento y los hombros, obteniendo una perpendicularidad de 0.0001 pulgadas; rectificado de las pistas de rodadura para las superficies de contacto de bolas y rodillos, logrando el radio especificado y un acabado superficial inferior a 4 Ra micropulgadas; superacabado o bruñido de las superficies de las pistas de rodadura para reducir la fricción y aumentar la vida útil del rodamiento por debajo de 2 Ra micropulgadas; rectificado de las roscas para tuercas de seguridad de precisión utilizadas en el ajuste de la precarga del rodamiento; corte por hilo EDM para anillos de rodamiento de sección delgada y perfiles complejos en materiales endurecidos; lapeado de las caras del rodamiento para lograr una planitud de 0.0001 pulgadas con acabado espejo; taladrado de los orificios de las carcasas de los cojinetes con tolerancias H7 o superiores; tratamiento térmico con dureza especificada y distorsión mínima; e inspección para el cumplimiento de los grados de los cojinetes con máquinas especializadas que miden el diámetro del orificio, el diámetro exterior, el ancho, así como el descentramiento radial, la geometría de la pista de rodadura y el descentramiento radial.

Podemos lograr tolerancias dentro de los límites de los estándares de la industria de rodamientos ABEC 7 o ISO Clase 4, que incluyen controlar el diámetro del orificio dentro de ±0.00012 pulgadas para acomodar la interferencia del eje o los ajustes de holgura, tolerancias en los diámetros externos de ±0.00012 pulgadas para ajustes de la carcasa, tolerancias de ancho de menos de 0.0002 pulgadas para posicionamiento axial dentro de las pilas de rodamientos, redondez de la pista de rodadura dentro de 0.00005 pulgadas para garantizar una distribución uniforme de la carga en los elementos rodantes, lectura total del indicador de descentramiento radial dentro de 0.0001 pulgadas para eliminar la vibración del rodamiento durante la rotación, pista de rodadura del rodamiento dentro de 4 Ra micropulgadas para aplicaciones estándar y para requisitos de alta velocidad o ultraprecisión dentro de 2 Ra, cara del rodamiento dentro de 0.0001 pulgadas para garantizar un contacto adecuado con los hombros y espaciadores, orificio y diámetro externo dentro de 0.0001 pulgadas para mantener la alineación de los ejes de rotación y pista de rodadura controlada con dimensiones de tolerancia geométrica, radial y de ancho definidas. ±0.0002 pulgadas para un contacto adecuado entre bolas o rodillos. Esto permite que los conjuntos de rodamientos mantengan una desviación radial de 0.5 micras para husillos de precisión, tamaños estándar para un par de fricción inferior a 0.01 Nm, niveles de ruido inferiores a 40 dB a velocidades normales, una temperatura inferior a 15 °C por encima de la temperatura ambiente bajo cargas nominales y una vida útil superior a 20 000 horas según la norma ISO 281.

Sí, Zintilon ofrece opciones de fabricación versátiles, que incluyen prototipado rápido para diseños de cojinetes y pruebas de aplicaciones personalizadas con torneado y rectificado CNC, así como producción de bajo volumen para robótica especializada donde el tamaño y la geometría no son estándar y son personalizados, producción de volumen medio para robots de investigación y producción limitada, producción de alto volumen para componentes de cojinetes estandarizados que son para robots equipados con automatización sofisticada donde se producen miles de carreras o carcasas anualmente con tolerancias precisas, inspección dimensional completa y consistencia geométrica interna y externa se aseguró utilizando máquinas de medición de cojinetes, máquinas de medición CNC y documentación completa del proceso evaluado y verificado componentes críticos para cojinetes de control de movimiento incluyendo rugosidad dimensional y superficial, contornos con perfilómetros, dureza para tratamiento térmico evaluado y verificado contra pasos de control, clases de tolerancia ABEC o ISO se documentaron para aplicaciones críticas de control de movimiento y tolerancias definidas por el cliente se verificaron para la aplicación de control de movimiento a cojinetes y carcasas.

Sí. Según la norma ISO 9001, todos los componentes deben cumplir con las normas de la industria de rodamientos. Esto incluye las clases de tolerancia del ABEC (Comité de Ingeniería de Rodamientos Anulares), las normas de tolerancia de rodamientos ISO 492, los requisitos dimensionales y metalúrgicos especificados por el cliente, incluyendo rangos de dureza y especificaciones de profundidad de la caja, y las normas ASTM para el acero para rodamientos A295 52100. Debe existir una trazabilidad completa desde el lote de material en colada hasta la inspección final, incluyendo auditorías de fallos metalúrgicos de los rodamientos para los componentes que se utilizarán en aplicaciones de alta precisión donde un fallo del rodamiento pueda provocar fallos en la automatización industrial, la interrupción de la producción o representar riesgos de seguridad.

Ofrecemos soluciones integrales de acabado adaptadas a las necesidades de cada componente de rodamiento de precisión. Estas incluyen rectificado cilíndrico de precisión para lograr acabados superficiales inferiores a 4 Ra micropulgadas en pistas de rodadura con arranque de viruta para controlar la precisión dimensional; superacabado con piedras abrasivas hasta 2 Ra micropulgadas para crear superficies ultrasuaves que reducen la fricción y prolongan la vida útil; lapeado de caras de rodamientos para lograr acabados de espejo y una planitud de 0.0001 pulgadas; tratamiento térmico de temple pasante para alcanzar una dureza de 58 a 63 HRC en acero 52100 con revenido para mayor tenacidad; cementación para el endurecimiento selectivo de las superficies de las pistas de rodadura, conservando núcleos dúctiles; recubrimiento de óxido negro para una protección ligera contra la corrosión y retención de la lubricación durante el rodaje; recubrimiento de fosfato para una protección temporal contra la corrosión durante el almacenamiento y el envío; pasivación en acero inoxidable para eliminar el hierro libre y mejorar la resistencia a la corrosión; y recubrimientos especializados como nitruro de titanio (TiN) y carbono tipo diamante (DLC) para aplicaciones de desgaste extremo o condiciones de funcionamiento en seco donde se utiliza lubricación convencional.

¿Diseños personalizados de rodamientos adaptados a articulaciones robóticas específicas? Sí, para conceptualizar soluciones, nuestros ingenieros de rodamientos trabajan junto con diseñadores de robótica. Esta colaboración nos permite comprender diversos escenarios de carga primaria, restricciones y especificidades de movimiento. Construimos rodamientos de gran diámetro y sección delgada en articulaciones robóticas huecas, lo que permite el paso de cables enrutados, y pistas de rodamiento integradas que se mecanizan directamente en las estructuras de aluminio de los brazos robóticos para optimizar el peso y optimizar los ensamblajes. Creamos rodamientos de cuatro puntos de contacto para cargas combinadas radiales, axiales y de momento, capaces de funcionar en conjuntos de envolventes compactas. Diseñamos rodamientos de rodillos cruzados para muñecas robóticas que requieren alta rigidez en una zona axial pequeña, optimizamos las configuraciones de precarga de los rodamientos de contacto axial para reducir la fricción y lograr la rigidez requerida, y diseñamos conjuntos completos de pistas de rodamientos frontales, elementos rodantes, jaulas y sellos para completar los ensamblajes de un rodamiento. Esta tecnología de junta rotativa tiene una gran variedad de aplicaciones, incluidos robots delta de alta velocidad, fricción e inercia, robots industriales compactos con carga útil pesada, robots colaborativos con capacidad de marcha atrás y seguridad, movimiento suave de baja fricción y sistemas civiles de precisión con enfoque de descentramiento submicrónico utilizados para alineación óptica o manipulación de semiconductores.

Ofrecemos soluciones integrales de acabado adaptadas a las necesidades de cada componente de rodamiento de precisión. Estas incluyen rectificado cilíndrico de precisión para lograr acabados superficiales inferiores a 4 Ra micropulgadas en pistas de rodadura con arranque de viruta para controlar la precisión dimensional; superacabado con piedras abrasivas hasta 2 Ra micropulgadas para crear superficies ultrasuaves que reducen la fricción y prolongan la vida útil; lapeado de caras de rodamientos para lograr acabados de espejo y una planitud de 0.0001 pulgadas; tratamiento térmico de temple pasante para alcanzar una dureza de 58 a 63 HRC en acero 52100 con revenido para mayor tenacidad; cementación para el endurecimiento selectivo de las superficies de las pistas de rodadura, conservando núcleos dúctiles; recubrimiento de óxido negro para una protección ligera contra la corrosión y retención de la lubricación durante el rodaje; recubrimiento de fosfato para una protección temporal contra la corrosión durante el almacenamiento y el envío; pasivación en acero inoxidable para eliminar el hierro libre y mejorar la resistencia a la corrosión; y recubrimientos especializados como nitruro de titanio (TiN) y carbono tipo diamante (DLC) para aplicaciones de desgaste extremo o condiciones de funcionamiento en seco donde se utiliza lubricación convencional.

La precisión del mecanizado CNC ofrece ventajas específicas en el rendimiento en diversas áreas. Por ejemplo, obtener una redondez de la pista de rodadura con una precisión de 0.00005 pulgadas garantiza una distribución uniforme de la carga para todas las bolas o rodillos. Esto evita la concentración localizada de tensiones, que provoca fallos por desconchado o picaduras. Con la configuración correcta, la vida útil del rodamiento puede alcanzarse plenamente o incluso superarse en condiciones de servicio reales. Un acabado superficial de la pista de rodadura inferior a 4 micropulgadas Ra garantiza una reducción del coeficiente de fricción en la superficie del 30 al 50 %. Esta reducción se traduce en una disminución del par de operación y la generación de calor, lo que prolonga los intervalos de lubricación de 2,000 a 10 000 horas en funcionamiento continuo. Las dimensiones del diámetro interior y exterior, fabricadas con precisión, garantizan ajustes con interferencia o holgura, ya que se mantiene el juego radial interno diseñado tras el montaje. Un ajuste correcto también evita el deslizamiento del rodamiento en los ejes o en las carcasas, lo que provoca corrosión por contacto y, en última instancia, fallos prematuros. Un borde biselado y una geometría precisa de la pista de rodadura, con radios de ±0.0002 pulgadas, eliminan la distribución óptima de la tensión de contacto entre bolas o rodillos, limitando la tensión hertziana máxima a un nivel seguro por debajo del límite de fatiga del material. Para un rectificado de cara óptimo, el objetivo es una perpendicularidad de 0.0001 pulgadas, a fin de garantizar una distribución uniforme de la precarga entre todos los elementos rodantes en disposiciones de rodamientos adosados. Para la rigidez de la unión, esto proporciona la deflexión requerida de 10 a 50 Nm/mm.
Tener pistas de rodadura endurecidas con una dureza de 60 a 62 HRC proporciona resistencia al desgaste para una vida útil prevista de los rodamientos L10 superior a 20,000 horas bajo cargas nominales, en comparación con las 2,000 horas de las pistas de rodadura con un endurecimiento insuficiente. Esto se debe a que la consistencia dimensional permite un rendimiento predecible de los rodamientos. Una variación del par de fricción inferior al 20 % entre las unidades de par de fricción permite un control preciso del movimiento del robot sin necesidad de calibración individual. Una desviación radial mínima inferior a 0.0001 pulgadas proporciona un medio mecánico para prevenir la transmisión de vibraciones a sensores y efectores finales delicados, manteniendo así la precisión posicional. Los avances tecnológicos en el tratamiento térmico y la liberación de tensiones minimizan las modificaciones continuas de las dimensiones medias de una pieza de trabajo, manteniendo así las tolerancias a través de ciclos de temperatura y un servicio prolongado. Los tratamientos superficiales de calidad protegen contra la corrosión durante el almacenamiento y el funcionamiento.
La contaminación, causante del 80 % de las fallas prematuras de los rodamientos, se previene con una fabricación limpia. El mantenimiento de los componentes de los rodamientos mecanizados con precisión sienta las bases rotacionales para sistemas robóticos que logran una precisión de posicionamiento angular con una fricción mínima y una holgura de ±0.005 grados. Permiten perfiles de movimiento suaves sin stick-slip ni cogging, y una velocidad constante para aplicaciones como soldadura y dispensado, que requieren una velocidad total altamente variable del 1 % o menos. También admiten altas velocidades de rotación de más de 10 000 RPM para aplicaciones de husillo con un valor DN superior a 1 millón, soportan cargas de momento para cargas en la muñeca y el codo del robot en voladizo, y garantizan estabilidad térmica con un rendimiento de -20 a 100 °C. Proporcionan una larga vida útil de más de 20,000 horas con intervalos de mantenimiento de 5,000 a 10,000 horas y una confiabilidad predecible que facilita la automatización productiva de varias industrias para soldadura por puntos automotrices, ensamblaje de productos electrónicos, manipulación de obleas de semiconductores, robótica médica y empaquetado de alta velocidad.