Fallstudie zur CNC-Präzisionsbearbeitung der Eingangswelle eines harmonischen Untersetzungsgetriebes für humanoide Roboter - CNC-Bearbeitung China

Als Techniker, der seit langem für die Herstellung von Präzisionskomponenten verantwortlich ist, freue ich mich, unsere erfolgreiche Chargenbearbeitungsfallstudie von Eingangswellen für Harmonikgetriebe für ein bekanntes Unternehmen für humanoide Roboter zu teilen. Dieses Projekt demonstriert in vollem Umfang unsere technische Stärke und Prozesserfahrung in der Ultrapräzisions-CNC-Bearbeitung.

Der Kunde, ein Technologieunternehmen, das sich auf die Forschung und Entwicklung von High-End-humanoiden Robotern konzentriert, stellte extrem strenge Anforderungen an die Eingangswelle des Harmonikgetriebes in seinen Gelenkmodulen:

• Extrem hohe Maßgenauigkeit und geometrische Toleranzen: Die Wellenzapfendurchmesser-Toleranz erforderte ±0,002 mm, Rundheits- und Zylindrizitätsfehler mussten weniger als 0,001 mm betragen.

• Hervorragende Oberflächenqualität: Die Rauheit der wichtigsten Passflächen musste Ra ≤ 0,2 μm erreichen, um optimale Reibungs- und Verschleißeigenschaften zu gewährleisten.

• Hervorragende mechanische Eigenschaften: Eine Kombination aus hoher Oberflächenhärte (≥HRC60) und einem zähen Kern war unerlässlich, um eine lange Lebensdauer bei hoher Geschwindigkeit und hoher Belastung zu gewährleisten.

• Strenge Anforderungen an die dynamische Auswuchtung: Die Eingangswelle musste bei Betriebsdrehzahl (6000 U/min) reibungslos laufen, was eine dynamische Auswuchtgüte von G2,5 erforderte.

• Konsistente Chargenstabilität: Eine hohe Qualitätskonsistenz für jedes Produkt in der Großserienfertigung musste sichergestellt werden.

Angesichts dieser Herausforderungen entwickelte unser Prozessteam einen detaillierten CNC-Bearbeitungsplan:

1. Materialauswahl und Vorbearbeitung: Ausgewählt wurde hochwertiger hochfester Wälzlagerstahl GCr15 als Rohling. Ultraschallprüfung wurde an den eingehenden Materialien durchgeführt, um sicherzustellen, dass keine inneren Defekte vorliegen. Präzisionskaltziehen oder Spitzenlosschleifen wurden verwendet, um das Stangenmaterial vorzubereiten, wodurch die Geradheit und Maßhaltigkeit des Rohlings sichergestellt wurde, was eine solide Grundlage für die anschließende Fertigbearbeitung bildete.
2. Präzisions-CNC-Drehbearbeitung:
   • Verwendet wurden original importierte japanische CNC-Drehzentren, die mit hochsteifen hydraulischen Werkzeugrevolvern und Präzisions-Servo-Live-Werkzeugen ausgestattet sind.
   • Es wurde ein "Schruppen - Schlichten - Fertigdrehen" Prozessweg angewendet, um Bearbeitungsspannungen schrittweise zu eliminieren und sich den endgültigen Abmessungen anzunähern.
   • Für die Endbearbeitungsstufe wurden CBN-Einsätze (kubisches Bornitrid) für das Feindrehen mit hoher Geschwindigkeit, geringer Schnitttiefe und großem Vorschub ausgewählt, wodurch die Formgenauigkeit effektiv sichergestellt und eine hervorragende Oberflächengüte erzielt wurde.
3. Kritischer Prozess: Präzisionsschleifen:
   • Beim Rundschleifen wurden hochpräzise CNC-Rundschleifmaschinen der deutschen Marke eingesetzt. Die Schleifscheiben wurden fein ausgewuchtet und die Maschinen in einer Werkstatt mit konstanter Temperatur (20±1°C) installiert.
   • Durch die Verwendung eines "Schruppen - Schlichten - Funkenschleifen" Prozesses wurden durch Mikron-Level-Vorschubkontrolle und Funkenschleifen die erforderlichen h6-Toleranz (±0,002 mm) und Oberflächenrauheit von Ra 0,2 μm konsequent und stabil erreicht.
   • Um eine Rundheit ≤ 0,001 mm zu gewährleisten, optimierten wir den Schleifprozess der Zentrierbohrung, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Bearbeitungsdatums sicherzustellen.
4. Kernkontrolle des Wärmebehandlungsprozesses:
   • Verwendet wurden kontrollierte Atmosphäre-Quenchöfen für die Härten und Anlassen, um eine gleichmäßige und feine sorbitische Struktur zu erhalten und die Kernfestigkeit und Zähigkeit (HRC28-32) sicherzustellen.
   • Es wurde Hochfrequenz-Induktionshärten auf wichtigen Passflächen wie Zapfen und Keilnuten angewendet. Durch die präzise Steuerung der Induktorform, der Heizleistung, der Zeit und der Abkühlrate wurde eine gleichmäßige gehärtete Schicht mit Härte HRC60-62 und einer Tiefe von 1,0-1,5 mm mit minimaler Verformung erreicht.
5. Dynamische Auswuchtkorrektur und Endkontrolle:
   • Jede Eingangswelle wurde einer Zwei-Ebenen-Dynamikauswuchtkorrektur auf einer vertikalen Dynamikauswuchtmaschine unterzogen. Die Restunwucht wurde durch Materialabtrag (Mikrobohren an bestimmten Stellen) oder selten Materialzugabe streng innerhalb der Güteklasse G2,5 gehalten, wodurch ein reibungsloser Hochgeschwindigkeitsbetrieb gewährleistet wurde.
   • Die Endkontrolle umfasste eine 100%ige Überprüfung aller Abmessungen und geometrischen Toleranzen mit einer UK LK Koordinatenmessmaschine (KMM), ergänzt durch Stichprobenkontrollen mit einem Oberflächenrauheitsmessgerät und einem digitalen Rockwell-Härteprüfer. Alle Daten wurden im MES-System zur vollständigen Qualitätsrückverfolgbarkeit erfasst.

Durch den oben genannten Präzisionsfertigungsprozess lieferten wir erfolgreich Eingangswellen für Harmonikgetriebe, die die Anforderungen des Kunden vollständig erfüllten:

• Volle Einhaltung der Genauigkeitsanforderungen: Alle Maß-, Geometrie- und Oberflächenrauheitstoleranzen erfüllten oder übertrafen sogar die Konstruktionsanforderungen.
• Hervorragende und zuverlässige Leistung: Kundentests zeigten, dass die Lebensdauer die Konstruktionsspezifikationen um 30 % übertraf, wobei die Geräusch- und Vibrationspegel deutlich niedriger waren als erwartet.
• Hohe Chargenstabilität: Die erste Charge von 500 Stück erreichte eine Passrate von 99,8 %, was die Massenproduktion der humanoiden Roboter des Kunden stark unterstützte.

Das Kundenfeedback deutete darauf hin, dass unsere Eingangswellen zu präziserer Kraftübertragung, reibungsloserer Bewegungsleistung und höherer Zuverlässigkeit für ihre humanoiden Robotergelenke beitrugen, insbesondere in Hochleistungsanwendungen wie Schulter- und Hüftgelenken.

Diese Präzisionsbearbeitungstechnologie und der Service eignen sich für:

• Hochpräzise humanoide Roboter-Gelenkmodule: Wie z. B. Gelenke mit hoher Belastung oder hohem Präzisionsbedarf wie Schultern, Ellbogen, Hüften und Knien.
• Industrieroboter-Gelenke: Drehgelenke für sechsachsige kollaborative Roboter (COBOTs) und SCARA-Roboter.
• Präzisionsautomatisierungsgeräte: Hochpräzise Übertragungsbereiche wie Halbleiterfertigungsanlagen (z. B. Roboterarme zur Handhabung von Wafern), Präzisionsoptikinstrumente und medizinische Geräte.
• Luft- und Raumfahrt: Antriebsmechanismen mit extremen Anforderungen an Gewicht, Zuverlässigkeit und Präzision, wie z. B. Richtmechanismen für Satellitenantennen.

Wir bieten umfassende kundenspezifische CNC-Bearbeitungsdienstleistungen:

• Bearbeitung nach Zeichnungen oder Mustern: Bearbeitung basierend auf Zeichnungen oder Mustern, die von Kunden bereitgestellt werden.
• Material- und Prozessanpassung: Empfehlen und Anpassen von Materialien (z. B. Edelstahl für Korrosionsbeständigkeit) und Wärmebehandlungsprozessen basierend auf Betriebsbedingungen (Last, Geschwindigkeit, Umgebung).
• Spezielle Strukturdesign-Optimierungsberatung: Bereitstellung von Designoptimierungsvorschlägen für Spannungskonzentrationsbereiche wie Wellenschulterübergänge, Hinterschnitte und Keilnuten zur Verbesserung der Lebensdauer.
• Vollprozessunterstützung: Bieten Sie umfassende Dienstleistungen von der Vorbereitung von Präzisionsschmiedeteilen → Bearbeitung → Wärmebehandlung → Oberflächenbehandlung → Montage.

• Technische Teamverbindung: Engagierte Ingenieure bieten technische Beratung und Unterstützung bei der Prozesslösung.
• Rapid Prototyping Service: Schnelle Prototypenherstellung zur Verkürzung der F&E-Zyklen des Kunden.
• Umfassende Qualitätsdokumentation: Bereitstellung vollständiger Qualitätsdokumente, einschließlich Materialzertifikaten, Wärmebehandlungsberichten und vollständigen Inspektionsberichten (FAI) mit den Sendungen.
• Kontinuierliche Verbesserung und stabile Versorgung: Einrichtung kontinuierlicher Qualitätsverbesserungsmechanismen zur Gewährleistung der Produktleistungsstabilität und der termingerechten Lieferung.