Maquinação CNC para componentes estruturais robóticos: da revisão do projeto à fabricação de precisão

Os componentes estruturais robóticos não são simplesmente peças metálicas que precisam de ser maquinadas de acordo com as dimensões indicadas nos desenhos. A sua geometria, peso, resistência mecânica, interfaces de montagem e relações de montagem influenciam, na totalidade, a forma como devem ser fabricados.

Um suporte pode parecer relativamente simples, mas os seus orifícios de montagem podem ter de se alinhar com vários componentes adjacentes. Uma estrutura leve de alumínio pode apresentar cavidades profundas e paredes finas que são difíceis de maquinar sem distorção. Uma caixa de articulação pode exigir vários furos que se cruzam, com tolerâncias posicionais rigorosas, para manter o alinhamento dos componentes mecânicos internos.

Estes requisitos fazem com que o fabrico de componentes robóticos seja tanto um desafio em termos de planeamento de processos como em termos de maquinagem.

Na Xtmade, abordamos o fabrico de componentes robóticos personalizados a partir da perspetiva da peça acabada e dos seus requisitos funcionais. Com base nos desenhos de engenharia, ficheiros CAD, amostras e especificações fornecidos pelo cliente, avaliamos o material, a geometria, o acesso para maquinagem, a fixação da peça, as tolerâncias e os requisitos de inspeção antes de determinarmos o processo de produção.

Este artigo analisa os aspetos de fabrico que influenciam a maquinagem CNC de componentes estruturais robóticos, desde a revisão inicial do projeto até à produção e à verificação da qualidade.

Por que razão os componentes estruturais robóticos exigem um planeamento cuidadoso da produção

Os sistemas robóticos incluem uma vasta gama de componentes estruturais e mecânicos. Estas peças suportam conjuntos móveis, ligam atuadores e sistemas de transmissão, mantêm relações posicionais e protegem os mecanismos internos.

Ao contrário de muitos componentes usinados convencionais, as estruturas robóticas combinam frequentemente vários requisitos funcionais num design relativamente compacto.

Resistência estrutural e construção leve

A redução de peso é um aspeto importante a ter em conta na conceção de robôs, especialmente no que diz respeito a conjuntos móveis, como braços, pernas e articulações. As ligas de alumínio, como a 6061 e a 7075, são frequentemente escolhidas porque oferecem combinações vantajosas de resistência, peso e usinabilidade.

Para reduzir o peso, os projetistas podem introduzir cavidades, secções ocas, nervuras e estruturas de paredes finas. Embora estas características possam reduzir o consumo de material, também diminuem a rigidez da peça durante a maquinagem.

Um componente que seja suficientemente rígido no seu estado montado pode tornar-se muito menos estável após a remoção de uma quantidade substancial de material do lingote original.

Precisão nas interfaces de ligação e montagem

Os componentes robóticos raramente funcionam de forma independente. São montados com rolamentos, eixos, atuadores, elementos de fixação, sensores e outros elementos mecânicos.

Consequentemente, os requisitos de fabrico vão além das dimensões individuais. A posição dos orifícios, o alinhamento dos furos, a planicidade da superfície de montagem, a perpendicularidade e a concentricidade podem, todos eles, afetar a montagem final.

Por exemplo, um orifício de montagem pode ter o diâmetro especificado, mas mesmo assim estar mal posicionado em relação ao ponto de referência principal do componente. Esta distinção é particularmente importante quando é necessário montar vários componentes numa estrutura mecanicamente alinhada.

Geometria complexa num espaço de maquinagem limitado

Os projetos robóticos compactos incluem frequentemente orifícios que se cruzam, ranhuras estreitas, elementos de montagem recuados, cavidades internas e superfícies inclinadas.

Estas características podem restringir o acesso da ferramenta e tornar a fixação da peça mais complicada. Uma ferramenta pode ser capaz de alcançar uma superfície do ponto de vista geométrico, mas mesmo assim não dispor de espaço livre suficiente para o porta-ferramentas, o fuso ou o dispositivo de fixação circundante.

O processo de maquinagem deve, por conseguinte, ter em conta o conjunto completo da ferramenta e a direção de corte, em vez de considerar apenas a ferramenta de corte.

Começar pelo desenho: o que avaliamos antes da usinagem

Um processo de fabrico fiável começa antes de a peça ser colocada na máquina. O desenho técnico e o modelo 3D fornecem as informações necessárias para determinar se o componente pode ser maquinado de forma eficiente e consistente.

Na Xtmade, a análise inicial do processo de fabrico centra-se em várias áreas interligadas.

Seleção de materiais e matérias-primas

O material especificado influencia as condições de corte, a seleção da ferramenta, a margem de usinagem e a eventual deformação.

Por exemplo, os alumínios 6061 e 7075 podem ser ambos adequados para componentes estruturais de robótica, mas não apresentam propriedades mecânicas nem comportamento de maquinagem idênticos. As suas condições de temperamento e as aplicações a que se destinam também devem ser tidas em conta.

No caso dos componentes de aço, a classe especificada e as condições de tratamento térmico influenciam as cargas de corte e a sequência das operações de maquinagem. Se um componente necessitar de tratamento térmico, o plano do processo deve ter em conta possíveis alterações dimensionais e se são necessárias operações de acabamento subsequentes.

As dimensões da peça em bruto também são importantes. Uma margem de usinagem desnecessariamente grande aumenta a remoção de material e o tempo de usinagem, enquanto uma margem insuficiente pode dificultar o acabamento de todas as superfícies ou a compensação das variações da peça.

Por isso, analisamos em conjunto as especificações do material, as dimensões da peça em bruto e a geometria final antes de confirmarmos o processo de maquinagem.

Estrutura de referência e dimensões críticas

Nem todas as dimensões de um componente robótico têm a mesma importância funcional.

Algumas dimensões definem o contorno geral, enquanto outras determinam a forma como o componente se liga às estruturas vizinhas. Estas últimas exigem, frequentemente, um controlo mais cuidadoso.

Durante a revisão dos desenhos, identificamos:

• Referências de dados primárias e secundárias.
• Orifícios de montagem e elementos roscados críticos.
• Assentos dos rolamentos e interfaces dos eixos.
• Requisitos de planicidade e perpendicularidade.
• Requisitos relativos à posição e à concentricidade dos orifícios.
• Dimensões afetadas por tratamentos de superfície posteriores.

Esta análise ajuda a determinar quais as superfícies que devem ser maquinadas em primeiro lugar e quais as características que devem partilhar uma configuração comum.

Se dois furos tiverem de manter uma relação posicional precisa, a sua maquinagem a partir de configurações independentes pode introduzir uma incerteza de posicionamento desnecessária. Sempre que a geometria o permitir, a realização destas características a partir de um ponto de referência e de uma configuração comuns pode melhorar a sua precisão relativa.

Acessibilidade das ferramentas e viabilidade da maquinagem

Um modelo 3D pode conter elementos que parecem simples no ambiente de conceção, mas que são difíceis de produzir utilizando ferramentas de corte convencionais.

Entre os exemplos contam-se canais internos estreitos, cavidades profundas com raios de canto reduzidos, furos que se cruzam e superfícies recuadas rodeadas por paredes altas.

Avaliamos se o diâmetro da ferramenta, o comprimento de corte e a folga do porta-ferramentas necessários são compatíveis com o espaço de maquinagem disponível.

No caso de cavidades profundas, a relação entre o comprimento e o diâmetro da ferramenta é particularmente importante. Um saliente excessivo da ferramenta reduz a rigidez e aumenta o risco de vibração e de desvio dimensional.

Sempre que uma característica constitui um obstáculo significativo ao processo de fabrico, avaliamos percursos alternativos da ferramenta, direções de maquinagem ou possíveis ajustes ao projeto, sem alterar a função pretendida do componente.

Requisitos de tolerância e acabamento superficial

Um desenho deve distinguir entre tolerâncias funcionais e requisitos dimensionais gerais.

A aplicação de tolerâncias desnecessariamente restritas a todas as características pode aumentar o tempo de maquinagem, os requisitos de inspeção e o custo global de fabrico, sem melhorar o desempenho efetivo do componente.

Durante a revisão de engenharia, prestamos especial atenção às tolerâncias associadas às superfícies de encaixe, às interfaces dos rolamentos, aos elementos de posicionamento e aos padrões de orifícios de precisão.

Os requisitos relativos ao acabamento superficial devem também ser considerados em função da respetiva finalidade. Uma sede de rolamento, uma superfície de vedação, uma face de montagem e uma superfície exterior não funcional podem exigir diferentes abordagens de maquinagem e inspeção.

Esta distinção ajuda a garantir que os esforços de fabrico se concentrem nas funcionalidades mais importantes.

Planear o percurso de maquinagem em função da geometria da peça

Depois de compreendidos os requisitos do desenho, o próximo passo consiste em determinar como cada elemento será maquinado.

O objetivo não é utilizar a máquina mais complexa disponível. Trata-se de selecionar um processo que proporcione um acesso adequado à ferramenta, uma fixação estável da peça e um controlo dimensional fiável, sem introduzir operações desnecessárias.

Estabelecimento do ponto de referência de maquinagem

O ponto de referência de maquinagem deve ser selecionado de acordo com as superfícies de referência funcionais da peça e com a relação entre as suas características críticas.

No caso de um componente em forma de placa, uma face de referência estável pode servir como ponto de referência principal. No caso de uma caixa com várias interfaces de montagem, poderá ser necessário estabelecer o ponto de referência em torno de uma superfície de base maquinada e de um furo de posicionamento ou de um elemento de referência.

Uma vez estabelecido o ponto de referência, a sequência de maquinagem deve preservar essa referência tanto quanto possível.

A alteração repetida da referência de posicionamento pode introduzir erros entre operações. Isto é particularmente importante no caso de componentes robóticos que contenham vários orifícios de montagem ou furos que se cruzam.

Desbaste, semi-acabamento e acabamento

A ordem em que o material é removido tem uma influência direta na estabilidade dimensional.

No caso de componentes usinados a partir de blocos sólidos de alumínio, a usinagem de desbaste pode remover uma parte substancial do material original. Se um dos lados for usinado na totalidade antes do lado oposto, a estrutura restante pode ficar sujeita a tensões desiguais e perder rigidez.

Uma sequência de maquinagem mais equilibrada pode envolver a remoção de material de diferentes regiões por etapas, mantendo um suporte temporário sempre que necessário e deixando uma margem de acabamento controlada.

Um processo típico pode incluir:

Usinagem de desbaste: Remova a maior parte do material em excesso, mantendo, ao mesmo tempo, uma espessura suficiente para as operações subsequentes.

Acabamento intermédio: Definir a geometria principal, aperfeiçoar as superfícies de referência e preparar o componente para a maquinagem final.

Acabamento: Dimensões críticas da máquina, interfaces de montagem e características de superfície especificadas, após o componente ter atingido um estado mais estável.

A sequência exata depende do material, da geometria do componente, da margem de usinagem e dos requisitos de tolerância. Para determinados componentes, também se pode considerar a realização de um tratamento adicional de alívio de tensões ou de uma inspeção intermédia.

3.3 Escolha entre a usinagem de três eixos, quatro eixos, 3+2 e cinco eixos

O número de eixos da máquina deve ser determinado pela geometria real e pelos movimentos de maquinagem necessários.

Maquinação em três eixos é adequado para componentes com superfícies planas acessíveis, cavidades convencionais, ranhuras, orifícios e perfis externos. Muitas placas de montagem, suportes e estruturas de suporte podem ser fabricadas de forma eficiente utilizando esta abordagem.

Maquinação em quatro eixos É útil quando as características estão distribuídas em torno de um eixo de rotação ou quando a peça precisa de ser indexada para diferentes posições angulares. Pode reduzir o reposicionamento manual de componentes com orifícios circunferenciais ou várias características laterais.

Maquinação 3+2 é adequado para peças que contenham várias superfícies de ângulo fixo, furos inclinados e diferentes orientações de maquinagem. Os eixos rotativos posicionam a peça ou a ferramenta no ângulo necessário, enquanto os três eixos lineares realizam a operação de corte.

Maquinação simultânea em cinco eixos torna-se mais relevante quando a orientação da ferramenta tem de mudar continuamente ao longo de uma superfície complexa ou de um percurso espacial da ferramenta. Pode ser útil para certas caixas de forma livre e perfis estruturais complexos.

A distinção importante é que um componente com várias superfícies angulares não requer, automaticamente, uma maquinação simultânea em cinco eixos. Se for possível aceder a essas superfícies através de um posicionamento angular fixo, uma abordagem 3+2 pode constituir uma solução de fabrico mais prática.

Operações de torneamento e torneamento-fresagem para componentes rotativos

Nem todos os componentes robóticos devem ser fabricados principalmente por fresagem.

Eixos, pinos, buchas, mangas e componentes semelhantes a flanges apresentam frequentemente características rotacionais que são produzidas de forma mais eficiente através do torneamento.

Se estes componentes também necessitarem de furos transversais, ranhuras de chave, superfícies planas ou outras características fresadas, um processo de fresagem-torneamento poderá reduzir o número de configurações separadas.

No caso de pequenos componentes fabricados a partir de barras, com geometria adequada e quantidades de produção adequadas, o torneamento de tipo suíço também pode ser considerado.

Ao escolher entre torneamento convencional, usinagem do tipo suíço e operações de fresagem-torneamento, temos em conta as dimensões dos componentes, a relação comprimento/diâmetro, a distribuição das características, as relações de tolerância e o volume de produção.

Desafios de fabrico na produção de componentes robóticos e como os controlar

Os problemas de maquinagem mais difíceis surgem frequentemente quando se combinam um design leve, uma geometria complexa e tolerâncias apertadas.

As seguintes questões merecem especial atenção durante o planeamento do processo e a produção.

Distorção em paredes finas em estruturas leves de alumínio

A deformação das paredes finas é uma das principais preocupações na maquinação de estruturas e caixas de robôs leves.

À medida que o material é removido, a estrutura remanescente torna-se menos rígida. As forças de corte podem fazer com que a parede se desvie da ferramenta, resultando numa superfície maquinada imprecisa. Assim que a força de corte for removida, a recuperação elástica pode fazer com que a parede volte a mover-se.

A pressão de fixação pode causar um problema semelhante. Uma secção fina pode estar dimensionalmente correta enquanto estiver fixada no dispositivo de fixação, mas pode alterar a sua forma após ser solta.

Abordamos este risco através de uma combinação de ajustes na sequência de maquinagem, na fixação da peça e nas condições de corte.

Em primeiro lugar, o plano de maquinagem deve evitar a remoção excessiva de material numa determinada região, deixando outras áreas completamente intactas. A remoção equilibrada de material ajuda a manter o suporte estrutural durante a maquinagem.

Em segundo lugar, os pontos de fixação devem ser posicionados em torno de áreas suficientemente rígidas. Deve evitar-se uma força de fixação excessiva, especialmente em secções finas e paredes sem apoio.

Em terceiro lugar, as operações de acabamento devem ser realizadas após a geometria principal ter sido definida e o componente ter atingido um estado mais estável.

No caso de estruturas particularmente flexíveis, poderá ser necessário recorrer a suportes adicionais ou a dispositivos de fixação específicos.

Cavidades profundas e evacuação limitada de lascas

Os recantos profundos e as cavidades internas são características comuns utilizadas para reduzir o peso nas estruturas robóticas.

No entanto, quanto mais profunda se tornar a cavidade, mais difícil poderá ser manter a rigidez da ferramenta e remover as limalhas da zona de corte.

As ferramentas de longo alcance são mais suscetíveis à vibração e à deflexão. Por outro lado, as limalhas podem acumular-se à volta da ferramenta, ser recortadas e danificar a superfície maquinada.

A estratégia de maquinagem deve, por isso, ter em conta mais do que apenas a profundidade de corte necessária.

O diâmetro da ferramenta, o saliente, o comprimento da ranhura, a profundidade de corte e a direção de evacuação das limalhas são fatores que afetam a estabilidade do processo.

Sempre que a geometria o permitir, o desbaste e o acabamento devem ser realizados separadamente. Trajetórias de ferramenta adequadas podem também reduzir o contacto desnecessário da ferramenta e melhorar o acesso do líquido de arrefecimento ou do ar comprimido.

No caso de cavidades profundas e estreitas, a ferramenta mais pequena possível nem sempre é a melhor opção. Uma ferramenta maior, com espaço livre suficiente, pode proporcionar uma maior rigidez e uma remoção de material mais estável.

Orifícios intersectantes e alinhamento preciso de furos

As caixas de juntas, os suportes da transmissão e as estruturas de ligação podem conter vários furos que se cruzam ou que se encontram muito próximos uns dos outros.

Estas características têm, frequentemente, uma relação direta com rolamentos, eixos, buchas ou outros componentes montados.

O principal desafio consiste em manter a relação dimensional e posicional entre os furos, em vez de se limitar a produzir cada furo com o seu diâmetro nominal.

Se os furos forem usinados em configurações diferentes, os erros de posicionamento podem acumular-se. A deflexão da ferramenta e as alterações nas condições de corte também podem afetar a geometria do furo.

No caso de sistemas com furos críticos, a sequência de maquinagem deve estabelecer uma referência consistente e minimizar o reposicionamento desnecessário.

Dependendo dos requisitos de tolerância, o acabamento pode envolver mandrilagem de precisão, alargamento ou outras operações adequadas. O método final deve ser selecionado de acordo com o diâmetro exigido, a tolerância geométrica, o material e o acabamento superficial.

A inspeção deve verificar as dimensões relevantes dos furos e a sua relação com os pontos de referência do desenho.

Superfícies de montagem complexas e características multidirecionais

Alguns componentes robóticos possuem superfícies de montagem orientadas em diferentes direções.

Se estas superfícies não estiverem posicionadas com precisão umas em relação às outras, poderão ocorrer folgas de montagem, desvios angulares ou problemas de alinhamento.

Um desafio comum na produção consiste em determinar quais as superfícies que devem ser usinadas na mesma configuração e quais podem ser usinadas após o reposicionamento.

Sempre que possível, as características críticas de encaixe devem ser maquinadas a partir de uma referência comum. Se for inevitável recorrer a várias orientações, o método de localização e a transferência do ponto de referência devem ser cuidadosamente controlados.

A maquinagem em quatro eixos ou 3+2 pode reduzir o reposicionamento manual em geometrias adequadas. No entanto, o dispositivo de fixação deve continuar a proporcionar rigidez suficiente e um posicionamento repetível.

Rebarbas e condições dos contornos em torno de pequenas características

Os orifícios pequenos, as ranhuras que se cruzam e as arestas finas podem dar origem a rebarbas durante a fresagem e a perfuração.

Nas montagens robóticas, as rebarbas podem interferir no encaixe dos componentes, na instalação dos elementos de fixação ou no movimento de elementos mecânicos adjacentes.

A remoção de rebarbas deve, por conseguinte, ser incluída no plano de fabrico, em vez de ser tratada como uma operação opcional de limpeza final.

No caso de pequenas características internas, o acesso pode ser limitado, dificultando a remoção completa das rebarbas. O desenho deve identificar claramente as arestas funcionais, os requisitos relativos às arestas vivas e quaisquer áreas em que sejam permitidas arestas arredondadas.

Seleção de materiais e considerações relativas à maquinagem

A escolha dos materiais está intimamente ligada ao desempenho estrutural, aos objetivos de peso e aos requisitos de fabrico.

No que diz respeito aos componentes robóticos, as ligas de alumínio são amplamente utilizadas, mas o aço e os plásticos técnicos também podem ser adequados, dependendo da função da peça.

Ligas de alumínio: 6061 e 7075

O alumínio 6061 é frequentemente utilizado em suportes, caixas, estruturas de montagem e outros componentes maquinados. Oferece uma combinação vantajosa de maquinabilidade, resistência e resistência à corrosão.

O alumínio 7075 oferece uma maior resistência e é frequentemente considerado para componentes com requisitos mecânicos mais exigentes.

Do ponto de vista da maquinagem, ambos os materiais exigem ferramentas de corte adequadas, uma evacuação eficaz das limalhas e atenção à estabilidade das paredes finas.

O processo propriamente dito deve ter em conta o estado do material, a geometria do componente, a margem de usinagem e o acabamento superficial exigido.

No caso dos componentes que requerem anodização, o processo de maquinagem deve também ter em conta a margem de acabamento e o efeito da espessura do revestimento nas dimensões críticas.

Aços ao carbono e ligados

O aço pode ser escolhido para componentes que exijam maior resistência, resistência ao desgaste ou capacidade de suporte de carga.

Aos tipos de aço como o 45 e o 40Cr podem ser utilizados em determinadas estruturas mecânicas e relacionadas com a transmissão.

Em comparação com o alumínio, o aço gera, em geral, cargas de corte mais elevadas e requer ferramentas e condições de corte diferentes.

Se o componente for submetido a um tratamento térmico, a sequência de fabrico deve ter em conta possíveis deformações e alterações na usinabilidade. Dependendo dos requisitos finais, poderá ser necessário realizar o acabamento de algumas dimensões após o tratamento térmico.

Plásticos de engenharia e materiais leves

O PEEK, o POM e outros plásticos de engenharia podem ser utilizados em determinados componentes robóticos em que seja necessário isolamento elétrico, baixo atrito, resistência química ou peso reduzido.

Ao contrário dos metais, os plásticos podem ser mais sensíveis às variações de temperatura e à pressão de fixação. O calor excessivo gerado durante o corte ou uma fixação inadequada podem provocar alterações dimensionais, deformações ou a formação de rebarbas.

As ligas de magnésio também podem ser consideradas em aplicações estruturais leves, mas a sua maquinagem requer medidas específicas de gestão de aparas e de prevenção de incêndios. Não devem ser tratadas como materiais comuns de maquinagem de alumínio.

A escolha do material deve basear-se sempre nos requisitos funcionais do componente e nas especificações técnicas aplicáveis.

Acabamento de superfícies e controlo dimensional após a maquinagem

A maquinagem CNC nem sempre é a operação final de fabrico. Muitos componentes estruturais robóticos requerem tratamentos de superfície para cumprir requisitos de resistência à corrosão, ao desgaste, de aspeto ou de montagem.

O processo de acabamento selecionado pode afetar tanto a superfície como as dimensões finais.

Anodização de componentes de alumínio

A anodização é frequentemente utilizada em componentes de alumínio para melhorar a proteção da superfície e proporcionar diferentes opções de acabamento.

No entanto, o revestimento altera as dimensões da superfície. No caso de componentes com furos de precisão, elementos roscados, assentos de rolamentos e interfaces de encaixe, deve ter-se em conta a sobremedida do revestimento antes da maquinagem.

Nem todas as superfícies precisam de receber o mesmo tratamento. Algumas áreas funcionais podem exigir o uso de máscara ou uma especificação de acabamento diferente, de acordo com os requisitos do desenho e da montagem.

Preparação da superfície e qualidade dos bordos

As superfícies maquinadas devem ser preparadas de acordo com o processo de acabamento pretendido.

Marcas de ferramentas, riscos, rebarbas e arestas vivas podem afetar o aspeto do revestimento ou criar defeitos locais. No caso de componentes exteriores visíveis, a uniformidade da superfície também pode ser importante.

A preparação da superfície necessária deve ser definida antes do início da produção, de modo a garantir a coordenação das operações de maquinagem, rebarbação e acabamento.

Verificação dimensional após o tratamento de superfícies

No caso dos componentes de precisão, a inspeção antes do acabamento pode não refletir totalmente o estado final.

A espessura do revestimento, o tratamento térmico e outras operações secundárias podem influenciar as dimensões. Por conseguinte, as características críticas devem ser verificadas na fase adequada, de acordo com o desenho e os requisitos de inspeção do cliente.

Sempre que necessário, as margens de usinagem e os requisitos de mascaramento devem ser acordados durante a revisão técnica inicial.

Como controlamos a qualidade ao longo de todo o processo de fabrico

No que diz respeito aos componentes estruturais robóticos, o controlo de qualidade não deve depender inteiramente da inspeção final.

Os erros dimensionais podem ter origem na configuração, na remoção de material, no desgaste da ferramenta ou no processamento secundário. Se estes problemas só forem detetados após a conclusão de todas as operações, o trabalho de correção torna-se mais difícil.

A nossa abordagem de fabrico tem em conta os requisitos de inspeção em várias fases.

Verificação de materiais e desenhos

Antes da maquinagem, devem ser confirmadas as especificações do material e os requisitos do desenho.

Isto inclui a verificação das classes dos materiais, das dimensões do stock, das revisões dos desenhos, das tolerâncias críticas e de toda a documentação necessária relativa aos materiais.

No caso de projetos com requisitos específicos de rastreabilidade, devem também ser confirmados os certificados de materiais e os registos de identificação aplicáveis.

Inspeção do primeiro artigo

O primeiro componente concluído permite verificar se o processo selecionado produz a geometria pretendida.

A inspeção deve centrar-se nas dimensões críticas, nas relações de referência, nas posições dos orifícios, nas interfaces de montagem e nas condições de superfície especificadas.

No caso de componentes complexos, a inspeção por CMM pode ser utilizada para verificar características geométricas que não podem ser avaliadas de forma adequada com ferramentas dimensionais básicas.

Se a primeira peça revelar desvios, a sequência de maquinagem, o posicionamento do dispositivo de fixação, os deslocamentos das ferramentas ou outras variáveis relevantes do processo devem ser revistos antes de se prosseguir com a produção.

Inspeção durante o processo

A inspeção durante o processo ajuda a identificar alterações antes que estas afetem um grande número de componentes.

Dependendo da peça e dos requisitos de produção, a inspeção pode incluir:

• Dimensões críticas após a usinagem de desbaste.
• Superfícies de referência antes das configurações subsequentes.
• Dimensões dos furos e posições dos orifícios.
• Dimensões da parede fina após a remoção da fixação.
• Desgaste das ferramentas e consistência da maquinação.
• Características afetadas pelo processamento secundário.

No caso de componentes com requisitos de posicionamento rigorosos, é particularmente importante manter referências de referência consistentes entre a maquinagem e a inspeção.

Inspeção final e documentação

A inspeção final verifica se o componente concluído cumpre o desenho e as especificações técnicas acordados.

Dependendo dos requisitos do projeto, a inspeção pode incluir medições com CMM, relatórios dimensionais, verificações da rugosidade da superfície e outros métodos de verificação aplicáveis.

Sempre que necessário, os relatórios de inspeção do primeiro artigo, a documentação relativa aos materiais e os registos de inspeção podem ser elaborados de acordo com os requisitos de qualidade acordados.

Desde peças de protótipo até à produção em série

Os requisitos de fabrico variam à medida que um produto robótico passa da fase de desenvolvimento inicial para a produção em série.

Um processo que funciona bem para um único protótipo pode não ser a opção mais eficiente para centenas ou milhares de componentes.

A estratégia de fabrico deve, por conseguinte, evoluir em função do projeto e do volume de produção.

Fabrico de protótipos: a flexibilidade está em primeiro lugar

Durante as fases iniciais de desenvolvimento, é comum que se verifiquem alterações ao projeto. A localização dos orifícios, a espessura das paredes, as interfaces de montagem e as especificações dos materiais podem ser revistas após a montagem ou os testes funcionais.

Nesta fase, a maquinagem CNC proporciona flexibilidade, uma vez que os componentes podem ser fabricados diretamente a partir de modelos CAD e desenhos atualizados, sem que seja necessário recorrer imediatamente a ferramentas de produção específicas.

A prioridade é verificar a geometria, o ajuste e as dimensões funcionais, mantendo simultaneamente flexibilidade suficiente para alterações de engenharia.

Produção de baixo volume: melhorar a repetibilidade

Assim que o projeto se tornar mais estável, o processo de fabrico deverá tornar-se mais repetível.

Isto pode implicar a normalização dos métodos de fixação de peças, dos pontos de referência de maquinagem, das configurações das ferramentas e dos programas CNC.

No caso de componentes com geometria semelhante, conceitos comuns de fixação ou estratégias de maquinagem podem reduzir o tempo de preparação. No entanto, a utilização partilhada de ferramentas não deve comprometer os requisitos de posicionamento de cada peça.

Os resultados da análise do primeiro artigo e os registos de inspeção da produção também podem ser utilizados para aperfeiçoar o processo antes de se agendarem encomendas de maior dimensão.

Produção em maior volume: avaliar a rentabilidade do processo

Quando as quantidades produzidas aumentam e o design se torna mais padronizado, os métodos de fabrico alternativos podem tornar-se economicamente viáveis.

Dependendo da geometria do componente e do volume da encomenda, a matéria-prima pode variar entre lingotes sólidos e peças em bruto forjadas, fundidas ou moldadas por injeção.

A maquinagem CNC pode, assim, concentrar-se em superfícies de montagem críticas, furos de precisão, elementos roscados e outras áreas que exijam tolerâncias mais rigorosas.

No caso de componentes rotativos adequados, o torneamento automatizado ou a maquinação do tipo suíço podem melhorar a eficiência da produção.

A decisão de adotar a produção «near-net-shape» deve ter em conta o investimento em ferramentas, a utilização do material, os requisitos dimensionais e o volume de produção previsto. Não é, automaticamente, a opção mais económica para todos os componentes robóticos.

Fabrico de componentes robóticos na Xtmade

O fabrico de componentes robóticos requer coordenação entre a interpretação dos desenhos, o planeamento do processo, a maquinagem e a inspeção. Um parceiro de fabrico competente tem de compreender como a geometria e as características funcionais do componente influenciam cada fase da produção.

A Xtmade é uma fábrica especializada em usinagem CNC robótica personalizada com sede em Shenzhen, na China, e com instalações de produção com cerca de 120 000 pés quadrados. Fabricamos componentes personalizados com base em desenhos, ficheiros CAD, amostras e especificações técnicas fornecidos pelos clientes.

As nossas capacidades de fabrico incluem maquinagem CNC de três, quatro e cinco eixos, operações de torneamento e fresagem-torneamento, bem como maquinagem em pórticos de grandes dimensões.

No que diz respeito aos componentes estruturais robóticos, a nossa equipa de engenharia avalia a peça antes da produção, prestando especial atenção a:

Viabilidade de fabrico: Análise dos materiais, da geometria, das tolerâncias, do acesso para maquinagem e dos requisitos de fixação da peça.

Planeamento do processo de maquinagem: Selecionar métodos de maquinagem adequados e definir a sequência das operações em função das características críticas da peça.

Maquinação de precisão: A adaptação dos métodos de maquinagem aos requisitos dimensionais e geométricos, com tolerâncias de maquinagem padrão geralmente em torno de ±0,01 mm e trabalhos de precisão que podem atingir ±0,005 mm, dependendo da geometria da peça e das condições de produção.

Inspeção dimensional: Utilizar métodos de medição adequados, incluindo a inspeção por CMM, sempre que necessário, para verificar as dimensões críticas e as características geométricas.

Coordenação da produção: Organizar os requisitos de fabrico e inspeção para dar resposta a protótipos, pequenos lotes e encomendas recorrentes.

A nossa equipa de engenharia conta com mais de 20 anos de experiência no setor. Em vez de tratarmos cada componente robótico como um trabalho de fresagem padrão, avaliamos os seus requisitos reais de fabrico e definimos um processo que concilie precisão, usinabilidade e eficiência de produção.

Se estiver a desenvolver braços robóticos, conjuntos de articulações, estruturas, caixas de precisão ou outros componentes robóticos personalizados, pode enviar os seus desenhos de engenharia ou ficheiros CAD à Xtmade para uma análise de fabrico.

Podemos avaliar o material, a geometria, as tolerâncias e os requisitos de maquinagem para determinar uma abordagem de fabrico CNC adequada ao seu projeto.