Étude de cas d'usinage CNC de précision - Machining CNC Chine

En tant que technicien responsable depuis longtemps de la fabrication de composants de précision, je suis honoré de partager notre étude de cas d'usinage par lots réussi d'arbres d'entrée de réducteur harmonique pour une entreprise de robots humanoïdes bien connue. Ce projet démontre pleinement notre force technique et l'accumulation de processus dans l'usinage CNC de très haute précision.

Le client, une entreprise technologique axée sur la R&D de robots humanoïdes haut de gamme, a présenté des exigences extrêmement strictes pour l'arbre d'entrée du réducteur harmonique dans ses modules d'articulation :

• Précision dimensionnelle et tolérances géométriques extrêmement élevées: Une tolérance de diamètre de tourillon d'arbre de ±0,002 mm était requise, les erreurs de circularité et de cylindricité devant être inférieures à 0,001 mm.

• Excellente qualité de surface: La rugosité de surface des surfaces d'accouplement clés devait atteindre Ra ≤ 0,2 μm pour garantir des caractéristiques de frottement et d'usure optimales.

• Propriétés mécaniques exceptionnelles: Une combinaison d'une dureté de surface élevée (≥HRC60) et d'un cœur résistant était essentielle pour garantir une longue durée de vie en service à grande vitesse et sous forte charge.

• Exigences d'équilibrage dynamique strictes: L'arbre d'entrée devait fonctionner en douceur à la vitesse de fonctionnement (6000 tr/min), ce qui nécessitait un grade d'équilibrage dynamique de G2.5.

• Stabilité constante des lots: Une cohérence de haute qualité pour chaque produit dans la production en grand volume devait être assurée.

Face à ces défis, notre équipe de processus a développé un plan d'usinage CNC détaillé :

1. Sélection des matériaux et prétraitement: Sélection de l'acier à roulements GCr15 à haute résistance et de haute qualité comme ébauche. Détection des défauts par ultrasons a été effectuée sur les matériaux entrants pour garantir l'absence de défauts internes. Des procédés de tréfilage à froid de précision ou de rectification sans centre ont été utilisés pour préparer les barres, assurant la rectitude et la cohérence dimensionnelle de l'ébauche, posant ainsi une base solide pour la finition ultérieure.
2. Formage par tournage CNC de précision:
   • Utilisation de centres de tournage CNC japonais d'origine importés équipés de tourelles d'outils hydrauliques à haute rigidité et d'outils rotatifs servo de précision.
   • Adoption d'une « Route de processus de tournage brut - tournage semi-fini - tournage de finition » pour éliminer progressivement les contraintes d'usinage et se rapprocher des dimensions finales.
   • Pour l'étape de finition, des plaquettes CBN (nitrure de bore cubique) ont été sélectionnées pour le tournage fin à grande vitesse, avec une faible profondeur de coupe et une grande avance, assurant efficacement la précision de la forme et obtenant une excellente finition de surface.
3. Processus critique : Rectification de précision:
   • La rectification cylindrique a utilisé des rectifieuses cylindriques CNC de haute précision de marque allemande. Les meules ont été finement équilibrées et les machines ont été installées dans un atelier à température constante (20±1°C).
   • En utilisant un processus de « Rectification brute - Rectification de finition - Rectification par étincelage », grâce au contrôle de l'avance au micron et à la rectification par étincelage, la tolérance h6 requise (±0,002 mm) et la rugosité de surface de Ra 0,2 μm ont été obtenues de manière constante et stable.
   • Pour garantir une circularité ≤ 0,001 mm, nous avons optimisé le processus de rectification des trous centraux pour garantir la précision et la fiabilité de la référence d'usinage.
4. Contrôle essentiel du processus de traitement thermique:
   • Utilisation de fours de trempe scellés à atmosphère contrôlée pour le traitement de trempe et de revenu afin d'obtenir une structure sorbitique uniforme et fine, assurant la résistance et la ténacité du cœur (HRC28-32).
   • Application de trempe par induction à haute fréquence super audio aux surfaces d'accouplement clés comme les tourillons et les rainures de clavette. En contrôlant avec précision la forme de l'inducteur, la puissance de chauffage, le temps et la vitesse de refroidissement, une couche durcie uniforme avec une dureté HRC60-62 et une profondeur de 1,0-1,5 mm a été obtenue avec une distorsion minimale.
5. Correction d'équilibrage dynamique et inspection finale:
   • Chaque arbre d'entrée a subi une correction d'équilibrage dynamique à deux plans sur une machine d'équilibrage dynamique verticale. Le déséquilibre résiduel a été strictement contrôlé dans la qualité G2.5 par élimination de masse (micro-perçage à des endroits spécifiques) ou rarement par ajout de masse, assurant un fonctionnement en douceur à grande vitesse.
   • L'inspection finale a impliqué une vérification à 100 % de toutes les dimensions et tolérances géométriques à l'aide d'une machine de mesure de coordonnées (MMC) LK du Royaume-Uni, complétée par des contrôles aléatoires avec un appareil de mesure de la rugosité de surface et un appareil de mesure de la dureté Rockwell numérique. Toutes les données ont été enregistrées dans le système MES pour une traçabilité complète de la qualité du processus.

Grâce au processus de fabrication de précision ci-dessus, nous avons livré avec succès des arbres d'entrée de réducteur harmonique qui répondaient pleinement aux exigences du client :

• Conformité totale aux exigences de précision: Toutes les tolérances dimensionnelles, géométriques et la rugosité de surface ont satisfait ou même dépassé les exigences de conception.
• Performances excellentes et fiables: Les tests clients ont montré que la durée de vie en fatigue dépassait les spécifications de conception de 30 %, avec des niveaux de bruit et de vibrations significativement inférieurs aux attentes.
• Stabilité élevée des lots: Le premier lot de 500 pièces a atteint un taux de réussite de 99,8 %, soutenant fortement la production de masse des robots humanoïdes du client.

Les commentaires des clients ont indiqué que nos arbres d'entrée ont contribué à une transmission de puissance plus précise, des performances de mouvement plus fluides et une plus grande fiabilité pour leurs articulations de robot humanoïde, excellant particulièrement dans les applications à hautes performances dynamiques comme les articulations des épaules et des hanches.

Cette technologie et ce service d'usinage de précision conviennent pour :

• Modules d'articulation de robot humanoïde de haute précision: Tels que les articulations à forte charge ou à exigences de haute précision comme les épaules, les coudes, les hanches et les genoux.
• Articulations de robots industriels: Articulations rotatives pour robots collaboratifs (COBOT) et robots SCARA à six axes.
• Équipement d'automatisation de précision: Domaines de transmission de haute précision tels que les équipements de fabrication de semi-conducteurs (par exemple, les bras robotiques de manipulation de plaquettes), les instruments optiques de précision et les équipements médicaux.
• Domaine aérospatial: Mécanismes d'entraînement avec des exigences extrêmes en matière de poids, de fiabilité et de précision, tels que les mécanismes d'orientation d'antennes satellites.

Nous fournissons des services d'usinage CNC personnalisés approfondis :

• Traitement selon les dessins ou les échantillons: Usinage basé sur les dessins ou les échantillons fournis par les clients.
• Personnalisation des matériaux et des processus: Recommander et personnaliser les matériaux (par exemple, l'acier inoxydable pour la résistance à la corrosion) et les processus de traitement thermique en fonction des conditions de fonctionnement (charge, vitesse, environnement).
• Consultation d'optimisation de la conception de la structure spéciale: Fournir des suggestions d'optimisation de la conception pour les zones de concentration de contraintes comme les transitions d'épaulement d'arbre, les contre-dépouilles et les rainures de clavette afin d'améliorer la durée de vie en fatigue.
• Support complet du processus: Offrir des services uniques de préparation d'ébauches forgées de précision → usinage → traitement thermique → traitement de surface → assemblage.

• Liaison avec l'équipe technique: Des ingénieurs dédiés fournissent des conseils techniques et un support de solution de processus.
• Service de prototypage rapide: Fabrication rapide de prototypes pour raccourcir les cycles de R&D des clients.
• Documentation complète de la qualité: Fournir des documents de qualité complets, y compris les certificats de matériaux, les rapports de traitement thermique et les rapports d'inspection complets (FAI) avec les expéditions.
• Amélioration continue et approvisionnement stable: Établir des mécanismes d'amélioration continue de la qualité pour assurer la stabilité des performances des produits et la livraison dans les délais.