Lavorazione CNC di parti di cuscinetti di precisione per l'industria robotica

Materiali specifici rappresentano le opzioni migliori per diverse tipologie di cuscinetti di precisione. L'acciaio per cuscinetti AISI 52100, ad esempio, tempra a cuore fino a una durezza di 62 HRC e presenta la massima resistenza alla fatica da contatto volvente per milioni di cicli. Presenta una struttura in carburo fine che garantisce finiture lisce delle piste di rotolamento, dimostrandosi affidabile nei cuscinetti utilizzati per alte prestazioni. Il 52100 è eccellente per la lavorazione meccanica, conveniente e raggiunge la stabilità dimensionale grazie a un adeguato trattamento termico e rinvenimento. Per questi motivi, il 52100 è diventato la scelta numero 1 per cuscinetti per giunti robotici, cuscinetti per riduttori e mandrini ad alta velocità. L'acciaio inossidabile per cuscinetti 440C ha una resistenza alla corrosione che consente un utilizzo sicuro in ambienti sterili e con lavaggio, nonché per la robotica nei settori alimentare, farmaceutico e delle camere bianche. Ha una durezza di 5360 HRC, che garantisce un'adeguata resistenza all'usura rispetto al 52100, e possiede proprietà amagnetiche e biocompatibili, importanti per la robotica medica. La sua resistenza alla corrosione, agli agenti chimici e all'umidità ne consente un utilizzo sicuro senza rivestimenti protettivi. A fronte di una maggiore resistenza ambientale, il 440C offre prestazioni accettabili, con una riduzione della durata dal 10 al 20% rispetto al 52100.
L'acciaio rapido M2 e l'acciaio temprato in aria D2 sono acciai per utensili per cuscinetti personalizzati grazie alla loro estrema stabilità termica, alla resistenza all'usura in ambienti altamente abrasivi e alla stabilità del trattamento termico in geometrie complesse. Sono disponibili anche in piccole quantità per la prototipazione. Gli alloggiamenti e i supporti leggeri per cuscinetti realizzati in lega di alluminio 7075-T6 riducono l'inerzia rotazionale nelle applicazioni ad alta velocità. Presentano inoltre un'eccellente conduttività termica per la dissipazione del calore, una lavorabilità superiore per elementi integrati complessi e una resistenza adeguata per componenti di cuscinetti non a pista. Sono inoltre prodotti economicamente vantaggiosi per robot collaborativi e sistemi di posizionamento, dove il miglioramento delle prestazioni dinamiche si ottiene attraverso la riduzione del peso.

La produzione CNC di cuscinetti all'avanguardia, come descritto nelle sezioni successive, comprende le varie fasi di produzione dei cuscinetti. Oltre alla tornitura per la sgrossatura degli anelli dei cuscinetti, la maggior parte delle operazioni utilizza processi di rettifica. Queste fasi includono la rettifica cilindrica delle piste di rotolamento del diametro interno ed esterno, ottenendo tolleranze di 0.0001 pollici per le dimensioni e 0.00005 pollici per la rotondità, utilizzando mole CBN; la rettifica superficiale delle superfici frontali e degli spallamenti dei cuscinetti, ottenendo una perpendicolarità di 0.0001 pollici; la rettifica delle piste di rotolamento per le superfici di contatto di sfere e rulli, ottenendo il raggio specificato e una finitura superficiale inferiore a 4 micropollici Ra; la superfinitura o levigatura delle superfici delle piste di rotolamento per ridurre l'attrito e aumentare la durata del cuscinetto a meno di 2 micropollici Ra; la rettifica delle filettature per ghiere di bloccaggio di precisione utilizzate nella regolazione del precarico dei cuscinetti; il taglio a filo EDM per anelli di cuscinetti a sezione sottile e profili complessi in materiali temprati; la lappatura delle facce dei cuscinetti per ottenere una planarità di 0.0001 pollici con finitura a specchio; alesatura dei fori dell'alloggiamento del cuscinetto con tolleranze H7 o superiori; trattamento termico con durezza specificata e distorsione minima; e ispezione per la conformità ai gradi dei cuscinetti con macchine specializzate che misurano il diametro del foro, il diametro esterno, la larghezza nonché l'eccentricità radiale, la geometria della pista di rotolamento e l'eccentricità radiale.

Possiamo ottenere tolleranze entro i limiti degli standard industriali dei cuscinetti ABEC 7 o ISO Classe 4, che includono il controllo del diametro del foro entro ±0.00012 pollici per adattarsi all'interferenza dell'albero o agli accoppiamenti con gioco, tolleranze sui diametri esterni di ±0.00012 pollici per gli accoppiamenti dell'alloggiamento, tolleranze di larghezza inferiori a 0.0002 pollici per il posizionamento assiale all'interno delle pile di cuscinetti, rotondità della pista di rotolamento entro 0.00005 pollici per garantire una distribuzione uniforme del carico sugli elementi volventi, lettura totale dell'indicatore di eccentricità radiale entro 0.0001 pollici per eliminare le vibrazioni del cuscinetto durante la rotazione, pista di rotolamento del cuscinetto entro 4 micropollici Ra per applicazioni standard e per requisiti ad alta velocità o ultra-precisione entro 2 Ra, faccia del cuscinetto entro 0.0001 pollici per garantire un contatto adeguato con spalle e distanziali, foro e diametro esterno entro 0.0001 pollici per mantenere l'allineamento degli assi di rotazione e pista di rotolamento controllata con dimensioni di tolleranza geometriche, radiali e di larghezza definite di ±0.0002 pollici per un corretto contatto tra sfere o rulli. Ciò consente ai gruppi di cuscinetti di mantenere una eccentricità radiale di 0.5 micron per mandrini di precisione, dimensioni standard per una coppia di attrito del cuscinetto inferiore a 0.01 Newton-metri, livelli di rumorosità del cuscinetto inferiori a 40 dB a velocità normali, temperatura del cuscinetto inferiore a 15 gradi Celsius rispetto alla temperatura ambiente a carichi nominali e durata utile del cuscinetto superiore a 20,000 ore secondo la teoria della durata dei cuscinetti ISO 281.

Sì, Zintilon offre opzioni di produzione versatili, che includono la prototipazione rapida per la progettazione di cuscinetti e test di applicazioni personalizzate con tornitura e rettifica CNC, nonché la produzione a basso volume per robotica specializzata in cui dimensioni e geometria non sono standard e personalizzate, la produzione a medio volume per robot di ricerca e produzione limitata, la produzione ad alto volume per componenti di cuscinetti standardizzati, ovvero per robot dotati di automazione sofisticata in cui migliaia di piste o alloggiamenti vengono prodotti annualmente con tolleranze precise, l'ispezione dimensionale completa e la coerenza geometrica esterna e interna sono state garantite utilizzando macchine di misurazione dei cuscinetti, macchine di misurazione CNC e una documentazione completa del processo. Componenti critici valutati e verificati per cuscinetti di controllo del movimento, tra cui rugosità dimensionale e superficiale, contorni con profilometri, durezza per il trattamento termico valutata e verificata rispetto alle fasi di controllo, classi di tolleranza ABEC o ISO documentate per applicazioni di controllo del movimento critiche e tolleranze definite dal cliente verificate per applicazioni di controllo del movimento su cuscinetti e alloggiamenti.

Sì. Secondo gli standard ISO 9001, tutti i componenti devono essere conformi agli standard del settore dei cuscinetti. Questi includono le classi di tolleranza ABEC (Annular Bearing Engineering Committee), gli standard ISO 492 sulle tolleranze dei cuscinetti, i requisiti dimensionali e metallurgici specificati dal cliente, inclusi gli intervalli di durezza e le specifiche di profondità di cementazione, e gli standard ASTM per l'acciaio per cuscinetti A295 52100. È necessaria una tracciabilità completa dal lotto di colata del materiale all'ispezione finale, inclusi gli audit sui guasti metallurgici dei cuscinetti per i componenti da utilizzare in applicazioni ad alta precisione in cui un guasto del cuscinetto causerebbe il malfunzionamento dell'automazione industriale, l'arresto della produzione o rappresenterebbe rischi per la sicurezza.

Forniamo soluzioni di finitura complete, su misura per le esigenze di ogni componente di cuscinetto di precisione. Queste includono la rettifica cilindrica di precisione per ottenere finiture superficiali inferiori a 4 micropollici Ra sulle piste di rotolamento con asportazione di materiale per il controllo della precisione dimensionale, la superfinitura con pietre abrasive fino a meno di 2 micropollici Ra per creare superfici ultralisce per un minore attrito e una maggiore durata, la lappatura delle facce dei cuscinetti per ottenere finiture a specchio e planarità entro 0.0001 pollici, il trattamento termico di tempra a cuore per ottenere una durezza da 58 a 63 HRC su acciaio 52100 con rinvenimento per la tenacità, la cementazione per la tempra selettiva delle superfici delle piste di rotolamento mantenendo nuclei duttili, il rivestimento in ossido nero per una leggera protezione dalla corrosione e il mantenimento della lubrificazione di rodaggio, il rivestimento in fosfatazione per una protezione temporanea dalla corrosione durante lo stoccaggio e la spedizione, la passivazione su acciaio inossidabile per rimuovere il ferro libero e migliorare la resistenza alla corrosione, e rivestimenti specializzati come nitruro di titanio (TiN) e carbonio simile al diamante (DLC) per applicazioni soggette a usura estrema o condizioni di funzionamento a secco in cui viene utilizzata la lubrificazione convenzionale.

Progetti personalizzati per cuscinetti su misura per giunti robotici specifici? Sì, per concettualizzare le soluzioni, i nostri ingegneri specializzati in cuscinetti lavorano a stretto contatto con i progettisti di robotica. Questa collaborazione ci consente di comprendere diversi scenari di carico primario mirati, vincoli e specificità di movimento. Realizziamo cuscinetti di grande diametro e sezione sottile in giunti robotici cavi, consentendo il passaggio di cavi precablati e la lavorazione di piste di cuscinetti integrate direttamente nelle strutture in alluminio dei bracci robotici per ottimizzare il peso e rendere gli assemblaggi più snelli. Creiamo cuscinetti a quattro punti di contatto per carichi combinati radiali, assiali e di momento, in grado di funzionare in serie di involucri compatti. Progettiamo cuscinetti a rulli incrociati per polsi robotici che richiedono elevata rigidità in una piccola zona assiale, ottimizziamo le configurazioni di precarico dei cuscinetti a contatto assiale per ridurre l'attrito e ottenere la rigidità richiesta e progettiamo gruppi completi di piste di cuscinetti frontali, elementi volventi, gabbie e tenute per completare gli assemblaggi di un cuscinetto. Questa tecnologia di giunti rotanti ha una miriade di applicazioni, tra cui robot delta ad alta velocità, ad attrito e inerzia, robot industriali compatti e con carichi pesanti, robot collaborativi con retroguida e sicurezza, movimento fluido a basso attrito e sistemi civili di precisione con messa a fuoco di eccentricità sub-micronica utilizzati per l'allineamento ottico o la manipolazione di semiconduttori.

Forniamo soluzioni di finitura complete, su misura per le esigenze di ogni componente di cuscinetto di precisione. Queste includono la rettifica cilindrica di precisione per ottenere finiture superficiali inferiori a 4 micropollici Ra sulle piste di rotolamento con asportazione di materiale per il controllo della precisione dimensionale, la superfinitura con pietre abrasive fino a meno di 2 micropollici Ra per creare superfici ultralisce per un minore attrito e una maggiore durata, la lappatura delle facce dei cuscinetti per ottenere finiture a specchio e planarità entro 0.0001 pollici, il trattamento termico di tempra a cuore per ottenere una durezza da 58 a 63 HRC su acciaio 52100 con rinvenimento per la tenacità, la cementazione per la tempra selettiva delle superfici delle piste di rotolamento mantenendo nuclei duttili, il rivestimento in ossido nero per una leggera protezione dalla corrosione e il mantenimento della lubrificazione di rodaggio, il rivestimento in fosfatazione per una protezione temporanea dalla corrosione durante lo stoccaggio e la spedizione, la passivazione su acciaio inossidabile per rimuovere il ferro libero e migliorare la resistenza alla corrosione, e rivestimenti specializzati come nitruro di titanio (TiN) e carbonio simile al diamante (DLC) per applicazioni soggette a usura estrema o condizioni di funzionamento a secco in cui viene utilizzata la lubrificazione convenzionale.

La precisione della lavorazione CNC offre vantaggi specifici in termini di prestazioni in diversi ambiti. Ad esempio, ottenere una rotondità della pista di rotolamento entro 0.00005 pollici garantisce una distribuzione uniforme del carico per tutte le sfere o i rulli. Ciò previene la concentrazione localizzata di sollecitazioni che porta a scheggiature o rotture per vaiolatura. Con la corretta configurazione, la durata di vita prevista del cuscinetto può essere pienamente realizzata o addirittura superata in servizio effettivo. Una finitura superficiale della pista di rotolamento inferiore a 4 micropollici Ra garantisce una riduzione del coefficiente di attrito superficiale dal 30 al 50%. Questa riduzione porta a una riduzione della coppia di esercizio e della generazione di calore, prolungando gli intervalli di lubrificazione da 2,000 a 10,000 ore in funzionamento continuo. Le dimensioni di alesaggio e diametro esterno, prodotte con precisione, garantiscono accoppiamenti con interferenza o con gioco, poiché il gioco radiale interno previsto viene mantenuto dopo il montaggio. Accoppiamenti corretti prevengono inoltre lo scorrimento dei cuscinetti sugli alberi o negli alloggiamenti, che porta alla corrosione da sfregamento e, in ultima analisi, a rotture premature. Un bordo smussato e una geometria precisa della pista di rotolamento, con dimensioni del raggio comprese tra ±0.0002 pollici, elimineranno la distribuzione ottimale delle sollecitazioni di contatto tra sfere o rulli, limitando la massima sollecitazione hertziana a un livello sicuro al di sotto del limite di fatica del materiale. Per una rettifica ottimale delle superfici, l'obiettivo è una perpendicolarità entro 0.0001 pollici, per garantire una distribuzione uniforme del precarico su tutti gli elementi volventi nelle disposizioni di cuscinetti contrapposti. Per la rigidezza del giunto, questo fornisce la deflessione richiesta da 10 a 50 Newton-metro per millimetro.
Le piste di rotolamento temprate a cuore che raggiungono una durezza compresa tra 60 e 62 HRC garantiscono una resistenza all'usura per una durata prevista dei cuscinetti L10 superiore a 20,000 ore sotto carichi nominali, rispetto alle 2,000 ore per piste temprate in modo inadeguato. Questo perché la costanza dimensionale consente prestazioni prevedibili dei cuscinetti. Una variazione della coppia di attrito inferiore al 20% tra le unità di coppia di attrito consente un controllo accurato del movimento del robot senza la necessità di una calibrazione individuale. Un'eccentricità radiale minima inferiore a 0.0001 pollici fornisce un mezzo meccanico per impedire la trasmissione di vibrazioni a sensori e dispositivi terminali delicati, mantenendo così la precisione di posizionamento. I progressi tecnologici nel trattamento termico e nella distensione riducono al minimo le modifiche continue alle dimensioni medie di un pezzo, mantenendo così le tolleranze durante i cicli di temperatura e il servizio prolungato. I trattamenti superficiali di qualità proteggono dalla corrosione durante lo stoccaggio e il funzionamento.
La contaminazione, causa dell'80% dei guasti prematuri dei cuscinetti, viene prevenuta grazie a una produzione pulita. Mantenere i componenti dei cuscinetti lavorati con precisione crea le basi rotazionali per sistemi robotici che raggiungono un'accuratezza di posizionamento angolare con attrito minimo e gioco di ±0.005 gradi. Consentono profili di movimento fluidi senza stick-slip o cogging e velocità costante per applicazioni come la saldatura e la dosatura che richiedono una velocità totale altamente variabile dell'1% o inferiore. Supportano inoltre elevate velocità di rotazione di oltre 10,000 giri/min per applicazioni con mandrino con valore DN superiore a 1 milione, supportano carichi di momento per carichi su polsi e gomiti di robot a sbalzo e supportano la stabilità termica con prestazioni da -20 a 100 gradi Celsius. Offrono una lunga durata utile di oltre 20,000 ore con intervalli di manutenzione da 5,000 a 10,000 ore e un'affidabilità prevedibile che facilita l'automazione produttiva di diversi settori per la saldatura a punti automobilistica, l'assemblaggio di componenti elettronici, la movimentazione di wafer semiconduttori, la robotica medica e il confezionamento ad alta velocità.