Inertie optimisée creuse
Arbres de rotation de robot

Un arbre de rotation de robot est le élément rotatif principal dans une articulation de robot — il transmet le couple de sortie du réducteur ( entraînement harmonique, cycloïdal ou planétaire) à la prochaine liaison du robot. Dans un robot 6-DOF, il y a 6 arbres de rotation, chacun portant le poids de toutes les liaisons en aval plus la charge utile. Ils doivent être rigides (résister à la déflexion sous charge), légers (minimiser l'inertie) et précis (sièges à roulements conformes à IT5 pour un jeu nul dans l'articulation).

L'inertie de rotation augmente avec le rayon⁴ — retirer du matériau du centre d'un arbre réduit l'inertie beaucoup plus efficacement que de raccourcir ou d'alléger l'arbre de l'extérieur. Un arbre de rotation creux peut être 40 à 60 % plus léger qu'un arbre plein avec seulement 15 à 25 % de réduction de la rigidité en flexion — un compromis très favorable pour la performance du robot. De plus, le trou creux permet de faire passer des câbles et des lignes pneumatiques à travers l'articulation, évitant ainsi des faisceaux de câbles externes qui s'accrochent et limitent la gamme de mouvement de l'articulation.

La plupart des axes de robots industriels utilisent l'une des : Bride à entraînement harmonique (générateur d'onde) boulonnée directement à l'arbre; Trous de broche de sortie du disque cycloïdal s'engageant avec la bride de sortie de l'arbre; Connexion à denture spline (DIN 5480 ou personnalisé) de la sortie du réducteur au trou de l'arbre. Le type d'interface dépend du réducteur choisi — HXC gère ces trois types d'interface et peut conseiller sur l'interface préférée pour votre modèle de réducteur.

La rigidité en torsion de l'arbre de jointure détermine la déflexion du joint sous charge — une déflexion de 0,001° au premier joint entraîne une erreur de positionnement à l'effecteur final du robot qui augmente avec la portée du bras. Pour un bras de 1 mètre, une déflexion de 0,001° du joint cause une erreur de position de 0,017 mm à l'outil. C'est pourquoi les arbres de rotation des robots sont conçus avec un diamètre maximal autorisé par le budget de poids — même une petite augmentation du diamètre de l'arbre augmente significativement la rigidité en torsion.

Prototype (1–5 pièces, tourné creux + usiné) : 5–8 jours. Petite série (10–50 pièces) : 8–14 jours. Production (100–1 000 pièces) : 12–18 jours. Aluminium anodisé dur 7075 : ajouter 3–5 jours. Titane : ajouter 3–5 jours. Production express disponible.

Al 7075-T6 anodisé dur — le choix le plus courant pour les robots collaboratifs et les bras légers à 6 axes. Ti Grade 5 — robots aéronautiques et manipulateurs chirurgicaux nécessitant une rigidité/poids élevée. 42CrMo4 (trempé par induction) — robots industriels 6 axes avec une charge utile de 10+ kg. 20CrMnTi (carburé) — robots industriels à forte charge utile et palettiseurs. SUS316L — robots chirurgicaux / alimentaires / pharmaceutiques.

Les arbres de rotation de robot typiques utilisent un rapport ID / OD = 0,6–0,8. À ID / OD = 0,75 (valeur par défaut HXC pour les robots collaboratifs), l'arbre a une masse d'environ 44% et une rigidité torsionnelle d'environ 68% pour un arbre plein équivalent — une perte de rigidité de 32% pour 56% de masse économisée constitue un excellent compromis. Le passage de câble à travers le trou intérieur doit être dimensionné pour le faisceau de câbles (généralement Ø 12–20 mm pour le 6ème axe du cobot, Ø 25–40 mm pour les robots industriels plus grands).

Oui — les machines HXC peuvent monter des flasques d'entraînement harmonique, des flasques à trous pour disques cycloïdaux, des sorties à spline, et des flasques à boulonner directement selon la spécification géométrique du fabricant du réducteur (Harmonic Drive, Nabtesco, Sumitomo, Spinea). Spécifiez le numéro de modèle du réducteur sur votre dessin et nous usinons l'interface correspondante avec une précision de 0,005 mm.

Le trou creux est dimensionné pour laisser passer le faisceau de câbles avec un petit espace pour l'expansion thermique et la flexion mineure. Les machines HXC usinent l'ID du trou avec un chanfrein d'entrée de 1 à 2° à chaque extrémité pour faciliter l'installation des câbles et éviter d'endommager l'isolation lors de l'assemblage. Pour les robots avec rotation constante de l'axe, des bagues tournantes sont utilisées au niveau de l'articulation au lieu de câbles ; dans ce cas, le trou de l'arbre abrite l'ensemble de la bague tournante.