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数控加工生产案例
外骨骼型机械人零部件

加工工艺: CNC 铣削,CNC车削、喷丸处理、阳极氧化

材料: 6061 T6 铝, 416 不锈钢 

数量:8套 (共 224 件) 

关于客户

世达模型与这家机械人研究中心多年来一直友好合作,为动力机器人外骨骼项目提供非标定制零部件。

这家公司一直人机研究领域内的翘楚,用他们的来说:“ 这些设备应用非常广泛,涵盖为障碍人士辅助行动,健康人士的力量探索以及太空宇航员的紧凑阻力锻炼。”

关于项目

客户需要为他们产品,Quix型下肢动力外骨骼机械制造8套产品出来。这个型号是一种动力机器人外骨骼,旨在为残疾人士提供辅助移动能力。Mina v2 使用微控制器、传感器和电动机以及精密的用户界面,产品完成后会在瑞士参加国际机器人 Cybathlon竞赛。世达模型接到这个项目是感到非常兴奋,更多精彩内容请继续阅读这个案例分析

这款外骨骼为障碍人士提供行走辅助,是两年瑞士苏黎世的Cybathlon竞赛获奖产品MinaV2的升级版。如想了解这款机器人的加工生产案例,请点击阅读。

Quix development team: From left to right, Robert Griffin, Brandon Peterson, Vishnu Subra Mani, and Mark Daniel.

CNC数控铣削

这个项目的所有结构件均采用Al-6061 T6铝制成。这种金属材质坚固,重量轻,阳极氧化效果极佳。客户一开始要求使用Al-7075,这是一种更强的铝合金,但7075铝的阳极氧化表面效果没有那么好。

铣削托架件

像这种结构复杂的拖加减,CNC车铣是理想的加工方式。在正常的加工过程中,机器运转的时候,切削液需要完全冲洗整个工件,除了能冲刷切割出来的废屑外,还能降低加工过程中的热量,使刀具锣工件的时候能更润滑。

加工时需要始终打开切削液

多轴数控铣削,适合结构复杂,需要多角度的零件,此外选择合适刀具与多轴程序结合,对于曲率变化大的零件,也有非常大的加工优势。

加工过后,工件上会留下机加工的痕迹

工件检测

这款工件用常规检测难以检测出来,所以我们采用3D光学扫描仪检查关键部位的尺寸和公差。

3D光学扫描仪

表面处理

工件经过机加工后,边缘很锋利和明显的机加工痕迹,如下图所示。为了能达到更好的表面处理效果,在做阳极氧化处理之前,需要做一些表面处理。

机加工后的光刀痕迹

经过喷完处理后,工件表面的痕迹和锋利的边缘得到改善。

通过喷丸处理移除加工痕迹

喷丸处理之后,会产生均匀的一个表面,让边角变得没那么锋利。

通过喷丸处理是可以完全达到入上图一样的哑光表面效果。但是这种处理方式如果不做二次后处理,那么像铝合金这样的金属,效果随时时间推移很难保持住,所以需要再使用喷漆或者阳极氧化做涂层保护。

CNC数控车削

这个项目还有一套转子组件,它将成为电动伺服器的一部分,以控制其运动。

这些转子是由416不锈钢制成的。虽然不像其他等级的不锈钢那样耐腐蚀,但加工更加灵活,很容易被车削,钻孔和螺纹加工。而且这种材质具有磁性,这在电流用于驱动电机的应用非常必要。

车床加工是圆形和同心工件的理想加工方式

世达模型使用哈斯车床车出这款转子的内外直径。

动力刀头

世达模型车削中心显著优势之一在于我们使用动力刀头。这意味着安装在独立主轴上的切削刀具能够加工与主轴垂直的特征。图中,我们正在对车件的周围铣削平面,用于驱动其旋转运动。

转子前端

转子的两端都需要加工,所以就需要拆卸,旋转和重新加工,同时需要保持公差一致。

转子加工前后对比

阳极氧化

机加工和喷丸处理之后,这款铝合金结构件需要被阳极氧化。阳极氧化的表面效果很吸引人,这种工艺有防止腐蚀的功能,通过化学反应在工件表面形成一层非常坚硬的氧化铝,以帮有效防止划伤和磨损。 进行阳极氧化的工件首先需要彻底清洁,再用强化学物质蚀刻。

进行酸洗的工件

阳极氧化的工件必须要固定在夹具上,或呈树状夹具,这样当工件浸泡在化学浴池中时工件外壁不会互相触碰。而那些与树状夹具接触的部位是没有被氧化的。

阳极氧化以后的效果

按照客人指定的蓝色,染料被添加到电解质中着色。这种染料实际上被密封在氧化表面下的无数毛孔中,所以它非常耐用,经久不褪色。

加工成品
由于新冠疫情,这一年的Cybathlon竞赛有所调整。然而,Quix外骨骼正在经历持续的测试和开发。世达模型很荣幸能继续与IHMC合作开发下一代新产品。我们还有其他案例研究,您可以在其中更多地了解我们如何与创新工程师合作进行医学研究健康诊断。当您上传CAD文件获得免费报价,我们期待与您合作。