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

Los ejes robóticos suelen estar disponibles en diferentes materiales, cada uno con sus propias ventajas. Los aceros aleados de alta resistencia con tratamiento térmico, como el 4140, el 4340 y el 8620, presentan una resistencia a la tracción superior a 1000 MPa, suficiente resistencia a la fatiga para más de 100 millones de ciclos de funcionamiento a alta fatiga, suficiente temple y cementación para superficies de apoyo resistentes al desgaste, y suficiente fiabilidad para robots industriales de alta resistencia que transmiten pares de 50 a 2000 Nm. Además, son rentables para aplicaciones de alta carga, obteniendo un acabado superficial excepcional mediante rectificado. El tratamiento térmico, junto con la liberación de tensiones, proporciona a los aceros aleados una mayor estabilidad en la máquina. Todos estos factores en conjunto determinan que el acero aleado sea el estándar industrial para ejes de robots, cajas de engranajes y aplicaciones de transmisión de alto par. El acero inoxidable, en particular los grados de endurecimiento por precipitación 17-4 PH y 416 de fácil mecanizado, también se utiliza para ejes. Son resistentes a la corrosión, lo cual es esencial para el procesamiento de alimentos y aplicaciones farmacéuticas, así como para la robótica utilizada en entornos de lavado estéril y salas blancas. Además, presentan suficiente resistencia (resistencia máxima a la tracción superior a 900 MPa) tras el tratamiento térmico para aplicaciones biomédicas no magnéticas, son biocompatibles con robots médicos y resistentes a la humedad y a numerosos productos químicos. Además, presentan una vida útil por fatiga entre un 10 % y un 20 % menor en comparación con el acero aleado, lo cual es aceptable dada su durabilidad ambiental.
Las aleaciones de aluminio, incluyendo la 7075-T6, utilizada en aplicaciones de alta resistencia, así como la 6061-T6, de uso general, presentan una construcción ligera, un 60 % inferior en peso en comparación con el acero. Este menor peso permite aceleraciones más rápidas. Estas aleaciones también ofrecen una excelente maquinabilidad para geometrías complejas. Su resistencia también es adecuada para robótica colaborativa y aplicaciones industriales ligeras con un par de 100 Newton-metros. Además, presentan una buena conductividad térmica, necesaria para la disipación del calor, resistencia natural a la corrosión y un rendimiento rentable donde una mayor respuesta dinámica es un factor positivo. Su menor peso también aumenta el rendimiento de las aleaciones donde se requiere un mayor peso. Para la industria aeroespacial y la robótica de alto rendimiento, la aleación de titanio Ti-6Al-4V ofrece la mejor relación resistencia-peso, extrema resistencia a la corrosión, estabilidad a altas temperaturas y resistencia a la fatiga. Está diseñada para aplicaciones especializadas con operaciones de alta velocidad donde se requiere resistencia y bajo peso.

En la producción de ejes de precisión, utilizamos torneado CNC para técnicas avanzadas de mecanizado que permiten crear superficies cilíndricas, resaltes y transiciones en diámetros con una tolerancia de ±0.0002 pulgadas. Para los muñones de cojinetes, empleamos técnicas de rectificado para lograr un acabado inferior a 8 micropulgadas Ra y una tolerancia de ±0.00008 pulgadas. También utilizamos rectificado sin centro para la producción en serie de ejes con geometrías simples y diámetros constantes. Para secciones roscadas con un paso y un diámetro mayor específicos, utilizamos el tallado o el laminado de roscas. Para chaveteros que retienen un cubo, utilizamos el fresado o brochado de chaveteros. Utilizamos el corte de estrías, el tallado con fresa madre o el brochado para crear estrías para la transmisión de par, y el taladrado transversal para conductos de lubricación y orificios transversales para pasadores. Creamos interfaces de accionamiento especializadas mediante torneado poligonal, perforamos ejes huecos con pistola y utilizamos el moleteado para superficies destinadas a la manipulación manual o para secciones de ajuste a presión. Realizamos biselados y mecanizados de radios para aliviar tensiones, la entrada de rodamientos y crear una transición suave en los bordes. El rectificado de precisión de diámetro exterior se realiza después del tratamiento térmico para lograr las dimensiones y superficies finales requeridas. Para el equilibrado dinámico, eliminamos masa de los puntos altos del eje para lograr grados de calidad de equilibrado de G2.5 o superiores para aplicaciones de alta velocidad. Realizamos inspecciones finales según estándares responsables utilizando micrómetros, calibres neumáticos, máquinas CMM e indicadores de excentricidad para verificar todas las dimensiones críticas y sus tolerancias geométricas.

Logramos tolerancias tan finas como ±0.0002 pulgadas en los diámetros de los muñones de los cojinetes. Esto permite controlar el diámetro para las tolerancias de ajuste de la interferencia y la holgura de los cojinetes. Para los ejes de los muñones, las tolerancias típicas de h6 o h7 son h7. El descentramiento total del indicador (TIR) ​​en las superficies de los cojinetes es inferior a 0.0001 pulgadas, lo que permite una distribución uniforme de la carga y sin vibraciones. La concentricidad de los muñones múltiples es de 0.0002 pulgadas, lo que alinea el eje de rotación del eje. La perpendicularidad de los hombros al eje del eje es de 0.0005 pulgadas, lo que permite que los cojinetes se asienten correctamente. El acabado de los muñones de los cojinetes es inferior a 8 micropulgadas Ra para una mayor vida útil del cojinete. Los chaveteros están correctamente dimensionados para la transmisión de par, con una tolerancia de ancho de ±0.0005 pulgadas y una profundidad de ±0.001 pulgadas. Las roscas están dentro de la clase de tolerancia 6g o 6h y la rectitud del eje se controla dentro de 0.001 pulgadas por pie para evitar el atascamiento. Los conjuntos de ejes giran con una vibración inferior a 0.5 milímetros por segundo a velocidades de operación, lo que representa un rango de par de 1 a 2000 Newton-metros, según el diámetro y el material. Los ejes de husillo de alta velocidad giran hasta 20 000 rpm, con una vida útil de más de 50 000 horas, y cumplen con los criterios de calidad de equilibrio dinámico ISO 1940, Grado G2.5 o superior.

Sí. Ofrecemos capacidades de fabricación flexibles que incluyen:
Prototipado rápido para la validación del diseño
Producción de bajo volumen para aplicaciones especializadas
Producción de gran volumen con control de calidad constante
Verificación estructural y dimensional completa en cada etapa

Por supuesto. Contamos con un sistema de gestión de calidad con certificación ISO 9001, lo que facilita la producción bajo un sistema de calidad totalmente personalizado. También hemos incorporado diversas normas, entre ellas, las establecidas en robótica industrial, requisitos del cliente en cuanto a tamaño, metalurgia (dureza, profundidad de la caja para ejes carburados), fabricantes de rodamientos (tolerancia del eje y acabado superficial), AGMA (ejes de engranajes) y trazabilidad completa de la caja (desde el lote de colada de la materia prima hasta la inspección final) para componentes críticos de transmisión de potencia donde se producen fallos en los ejes, fallos de robots y paradas de producción en automatización industrial.

Ofrecemos soluciones integrales de acabado adaptadas a los requisitos aeroespaciales:
Anodizado (Tipo II y Tipo III)
Pasivación para resistencia a la corrosión
Pulido de precisión para superficies aerodinámicas
Recubrimientos protectores y barreras térmicas personalizados

Los plazos de fabricación dependen de la complejidad y el volumen del pedido. En casos como ejes de transmisión estándar con geometrías más sencillas, los ejes CNC fabricados se tornean, se tratan térmicamente, se rectifican y se inspeccionan en un plazo de 8 a 14 días laborables. Por el contrario, los ejes más complejos y multifacéticos, con estrías funcionales, chaveteros y rectificado de precisión central, requieren de 3 a 4 semanas para su finalización y pulido. En el caso de los ejes prototipo, la aceleración de la verificación del diseño y las pruebas de montaje puede permitir su finalización en 5 a 8 días. Los pedidos de gran volumen permiten el uso de celdas de torneado especializadas con herramientas optimizadas, lo que reduce los tiempos de ciclo. En la fase de cotización se proporcionan programas de producción completamente detallados, que abarcan desde los ciclos de tratamiento térmico y el rectificado de precisión hasta la verificación de calidad final.

Sí. Nuestras capacidades de mecanizado de perforación y mandrinado de agujeros profundos ofrecen ejes huecos con orificios pasantes para el enrutamiento de cables, neumáticamente, y conductos de refrigeración integrados a través de los ejes de las articulaciones del robot. Empleamos perforación con cañón para agujeros profundos de diámetro pequeño, linealidad de 0.001 pulg./pie, y mandrinado preciso para agujeros profundos para agujeros de mayor diámetro en ejes huecos, con uniformidad en el espesor de la pared. También utilizamos procesos combinados para producir ejes huecos con cojinetes externos y estrías con funciones de montaje. Esto reduce el desgaste y la abrasión de los cables, mejora la estética del robot y los diseños modulares de efectores finales. Importante para robots colaborativos con cambiadores de herramientas integrados, robots de soldadura con suministro de alambre y gas a través del brazo, y robots industriales con uniones rotativas para capacidad de rotación continua. El cableado oculto reduce el desgaste y la abrasión en los brazos robóticos móviles, mientras que los diseños modulares de efectores finales, con conexiones eléctricas y neumáticas de desconexión rápida, optimizan la retroalimentación del robot.

Existen mejoras tangibles de rendimiento en diferentes áreas con la fabricación CNC de precisión. Los diámetros de los muñones de los cojinetes tienen una precisión de ±0.0002 pulgadas y permiten ajustes de interferencia adecuados. Esto evita la fricción entre el eje y el cojinete y las holguras excesivas que causan descentramiento. Estos ajustes garantizan que los cojinetes tengan una vida útil de entre 20,000 y 100,000 horas, según el diseño, según la carga y la velocidad. Un descentramiento total del indicador inferior a 0.0001 pulgadas elimina la vibración y el desgaste que aceleran el desgaste de los cojinetes y agravan la reducción de la calidad del engranaje. Las oscilaciones transmitidas afectan negativamente a los efectores finales y a la calidad de los procesos durante la soldadura, la dosificación y el montaje. Los acabados superficiales controlados para que sean superiores a 8 Ra micropulgadas en los muñones de los cojinetes aumentan el coeficiente de fricción y, por lo tanto, el par del cojinete. Este aumento del par del cojinete conlleva un aumento de la corriente del motor y del calor generado, lo que mejora la eficiencia del motor entre un 20 % y un 40 %. La concentricidad entre muñones es de 0.0002 pulgadas, lo que permite la alineación de los ejes de rotación y evita una reducción de la vida útil de los cojinetes de carga lateral del 50 % o más debido a la tensión en los bordes. Las superficies cementadas o templadas a 58 o 62 HRC pueden soportar millones de ciclos de aplicaciones de rodamientos y engranajes sin un desgaste significativo. El uso de radios de filete adecuados y la creación de transiciones intencionales en el diámetro del eje evitarán la creación de concentradores de tensión geométricos. Este diseño minimiza el riesgo de agrietamiento por fatiga en las zonas más susceptibles a picos de tensión de flexión. Los ejes rectos mecanizados con una precisión de 0.001 pulg./pie son fundamentales para evitar el atascamiento de los cojinetes y la consiguiente desalineación por carga. El equilibrado dinámico de los ejes a G2.5 optimiza el sistema para alcanzar velocidades superiores a 10 000 RPM, minimizando al mismo tiempo las vibraciones destructivas. Las técnicas adecuadas de alivio de tensiones, junto con el tratamiento térmico correcto, minimizarán el riesgo de cambios dimensionales a largo plazo, lo que contribuye al mantenimiento del engranaje axial y del engrane de los rodamientos durante el funcionamiento prolongado del sistema. El tratamiento superficial de las piezas minimiza el riesgo de corrosión durante y después del funcionamiento del sistema.
La fabricación limpia, junto con un manejo adecuado, previene la contaminación y los daños superficiales, lo que previene fallas por fatiga. Los ejes mecanizados con precisión proporcionan la base rotacional para que los sistemas robóticos transmitan potencia sin problemas. En configuraciones correctamente diseñadas con rodamientos y sellos, la eficiencia de transmisión de potencia supera el 98 %. Los sistemas presentan una vibración mínima y mantienen una precisión de posición de ±0.02 milímetros en el efector final. Los sistemas giran a niveles de par que van desde 1 hasta 2000 Newton-metros, según el diámetro y el material elegidos, con velocidades que oscilan entre 10 000 y 20 000 RPM. Esto abarca diversas aplicaciones, desde la manipulación de materiales pesados ​​hasta el uso de husillos de alta velocidad. Presentan una vida útil de más de 50 000 horas, con intervalos de mantenimiento de 10 000 a 20 000 horas para el reemplazo de rodamientos y sellos, lo que garantiza un servicio predecible. Este tipo de automatización es útil en industrias como la automotriz para soldadura por puntos con ciclos de trabajo continuos, ensamblaje electrónico para velocidad constante, empaque de alimentos con más de 200 selecciones por minuto, logística operativa 24/7 para almacenamiento y robótica médica para robótica de precisión que influye directamente en los resultados quirúrgicos y la recuperación del paciente.