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行業(yè)(yè)新聞

工業(yè)機(jī)器人諧波減速器及配套軸承的研究現(xiàn)狀與未來(lái)

2018-05-17

 
        近年以來(lái),大家只要談到諧波減速器,從事工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的業(yè)內(nèi)人士都不會(huì)陌生。過(guò)去多年,這個(gè)有時(shí)不過(guò)巴掌大的機(jī)器人核心零部件,由于核心技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外品牌壟斷,一直占據(jù)機(jī)器人約三成的整體成本。這一現(xiàn)實(shí)也客觀上推高了國(guó)內(nèi)機(jī)器人應(yīng)用的成本...
 
   六軸工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖
 
   諧波減速器的前世今生:
 
   20世紀(jì)50年代中期,隨著全球科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,美國(guó)人馬瑟在薄殼彈性變形理論基礎(chǔ)上,應(yīng)用金屬的撓性和彈性力學(xué)原理發(fā)明出來(lái)一種新型諧波傳動(dòng)技術(shù)。諧波傳動(dòng)技術(shù)主要應(yīng)用于航空航天、工業(yè)機(jī)器人、精密設(shè)備儀器、雷達(dá)通訊設(shè)備、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、半導(dǎo)體工業(yè)晶圓傳送裝置、印刷包裝機(jī)械、醫(yī)療器械、金屬成型機(jī)械、儀器儀表、光學(xué)制造儀器、核設(shè)施及空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)研究等領(lǐng)域。
 
   諧波傳動(dòng)這項(xiàng)新型技術(shù)的出現(xiàn)便引起了各國(guó)的重視。1970年引入日本,隨之誕生了日本家整體運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)-日本HarmonicDriveSystemsInc.(簡(jiǎn)稱HDSI)。日本HDSI公司生產(chǎn)的HarmonicDrive諧波減速器,具有輕量、小型、傳動(dòng)效率高、減速范圍廣、精度高等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各種傳動(dòng)系統(tǒng)中。HDSI主要生產(chǎn)和銷售各種精密減速裝置,當(dāng)之無(wú)愧為整體運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)。為了涵蓋諧波減速器不能覆蓋到的低減速比領(lǐng)域,HDSI產(chǎn)品還開發(fā)了精密行星齒輪減速機(jī)HarmonicPlanetary。獨(dú)特的內(nèi)齒圈形變工藝,可使行星齒輪嚙合得更緊、消除背隙,從而將傳動(dòng)誤差控制在精密范圍內(nèi)。HDSIZ初只是在其國(guó)內(nèi)發(fā)展,與之有著長(zhǎng)久合作關(guān)系的有安川電機(jī)、三菱電機(jī)及發(fā)那科等企業(yè)。
 
   近年來(lái),中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新的歷史機(jī)遇期,以ABB、KUKA、安川、發(fā)那科為代表的機(jī)器人企業(yè)紛紛大舉進(jìn)入中國(guó),設(shè)立工廠,搶占市場(chǎng)份額。在中國(guó),如手機(jī)制造、半導(dǎo)體、液晶生產(chǎn)機(jī)械等行業(yè),對(duì)小型機(jī)器人的需求也是越來(lái)越旺盛,然而對(duì)于國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人而言,特別是諧波減速器、伺服電機(jī)、控制系統(tǒng)等還需大量依賴進(jìn)口,這就導(dǎo)致了其競(jìng)爭(zhēng)力還與國(guó)外企業(yè)有差距,但是這些又是工業(yè)機(jī)器人的上游部件、關(guān)鍵部件。據(jù)機(jī)器人聯(lián)盟(IFR)統(tǒng)計(jì),2012年中國(guó)共進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人約2.2萬(wàn)臺(tái),中國(guó)將是全球增長(zhǎng)Z快的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。HDSI的諧波減速器是小型工業(yè)機(jī)器人(20kg以下)或者關(guān)節(jié)臂上不可取代的部件,這為其拓展中國(guó)大陸市場(chǎng)帶來(lái)了新的契機(jī)。2011年1月,HDSI在華成立設(shè)立哈默納科(上海)商貿(mào)有限公司,該公司為其在華投資設(shè)立的全資銷售子公司。主要負(fù)責(zé)HDSI產(chǎn)品在中國(guó)大陸的銷售、選型等技術(shù)支持及售后服務(wù)。
 
   HDSI早期的產(chǎn)品主要是減速機(jī)等機(jī)械產(chǎn)品,時(shí)至今日,HDSI的主打產(chǎn)品又加上了眾多的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在減速機(jī)方面,HDSI主要有HarmonicDrive(諧波齒輪傳動(dòng)減速機(jī))和HarmonicPlanetary(行星齒輪減速機(jī))。其生產(chǎn)的HarmonicDrive諧波減速機(jī),基本上主導(dǎo)了主要市場(chǎng),具有其他減速機(jī)不具備的特點(diǎn):高旋轉(zhuǎn)精度/高定位精度、小型/輕量、傳動(dòng)效率高、高減速比、減速范圍廣、精度高、高轉(zhuǎn)矩容量、無(wú)齒隙、高效率及安靜運(yùn)行等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各種傳動(dòng)系統(tǒng)中。為了涵蓋諧波減速機(jī)不能覆蓋到的低減速比領(lǐng)域,HDSI產(chǎn)品還開發(fā)了精密行星齒輪減速機(jī)HarmonicPlanetary。獨(dú)特的內(nèi)齒圈形變工藝,可以使得行星齒輪嚙合得更緊、消除背隙,從而將傳動(dòng)誤差控制在精密范圍內(nèi)。
 
   諧波減速器僅由3個(gè)基本部件構(gòu)成:柔輪、波發(fā)生器和剛輪。柔輪的外徑略小于剛輪的內(nèi)徑,通常柔輪比剛輪少2個(gè)齒。波發(fā)生器的橢圓型形狀決定了柔輪和剛輪的齒接觸點(diǎn)分布在介于橢圓中心的兩個(gè)對(duì)立面。波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中,柔輪和剛輪齒接觸部分開始嚙合。波發(fā)生器每正時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°,柔輪就相當(dāng)于剛輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1個(gè)齒數(shù)差。在180°對(duì)稱的兩處,全部齒數(shù)的30%以上同時(shí)嚙合,這也造就了其高轉(zhuǎn)矩傳送。
 
   HarmonicDrive擁有高轉(zhuǎn)矩型CSG系列諧波減速器、標(biāo)準(zhǔn)型CSF系列諧波減速器、超扁平和高負(fù)載容量型CSD系列諧波減速器、高轉(zhuǎn)矩中空軸和輸入軸型SHG系列諧波減速器、中空軸和輸入軸型SHF系列諧波減速器、超扁平和中空型SHD系列諧波減速器、小型雙軸型CSFsupermini系列諧波減速器、標(biāo)準(zhǔn)型CSG-GH/CSF-GH諧波減速器系列。
 
  …………
 
   講完了諧波減速器的誕生、發(fā)展歷程,接下來(lái)我們?cè)賮?lái)分析一下諧波減速器專用軸承:
 
   精密軸承是裝備制造業(yè)中重要的、關(guān)鍵的基礎(chǔ)零部件,直接影響著重大裝備和主機(jī)產(chǎn)品的性能質(zhì)量和可靠性,被譽(yù)為裝備制造的“心臟”部件。工業(yè)機(jī)器人諧波減速器,其配套軸承的精度、摩擦力矩、剛性直接影響著整套諧波減速器乃至機(jī)器人的穩(wěn)定性以及安全運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)器人配套軸承是軸承應(yīng)用的一個(gè)細(xì)分市場(chǎng),是隨著工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的新興市場(chǎng)。機(jī)器人用精密軸承主要包括:諧波減速器軸承、柔性軸承、RV減速器軸承、交叉滾子軸承、等截面薄壁軸承等。
 
   諧波減速器軸承
 
   諧波減速器軸承是一種專業(yè)為諧波減速器配套的精密十字交叉滾子軸承。諧波減速器軸承主要有兩個(gè)類型組成:根據(jù)其使用場(chǎng)合分為外圈分體、內(nèi)圈整體的CSF/CSG系列諧波減速器軸承與外圈和內(nèi)圈均為整體的SHF/SHG系列諧波減速器軸承這兩大類。滾動(dòng)體為圓柱滾子,分布于互成90°垂直排列在V型滾道中。這種結(jié)構(gòu)使得單個(gè)軸承就可以同時(shí)承受軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩等各個(gè)方向的載荷,諧波減速器配套軸承具有很高的剛度、旋轉(zhuǎn)精度以及復(fù)合承載能力;其外形緊湊,自帶有安裝孔,便于直接安裝,適合于各種不同類型的諧波減速器。
 
   雖然近幾年我國(guó)軸承制造技術(shù)不斷在進(jìn)步,但是與世界軸承工業(yè)強(qiáng)國(guó)相比,國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人諧波減速器專用十字交叉滾子軸承、RV減速器軸承、等截面薄壁軸承等多種系列精密軸承與國(guó)外還存在一定差距。主要表現(xiàn)為高技術(shù)、高精度、高附加值的產(chǎn)品比例偏低,產(chǎn)品的穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高與改進(jìn)。隨著國(guó)家政策支持力度的加大,相信我國(guó)軸承產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)發(fā)展的春天,必將加快精密軸承的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程,為中國(guó)重大裝備制造的完全國(guó)產(chǎn)化提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
 
   中國(guó)國(guó)內(nèi)正在積極推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展,對(duì)高技術(shù)、高精度的機(jī)器人用精密軸承需求進(jìn)一步提升,這就要求國(guó)內(nèi)軸承生產(chǎn)企業(yè)不斷提升技術(shù)水平,加快軸承產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),縮小與進(jìn)口精密軸承的質(zhì)量差距,實(shí)現(xiàn)精密軸承的國(guó)產(chǎn)化。
 
   國(guó)內(nèi)機(jī)器人的出路在于盡快突破制約國(guó)產(chǎn)機(jī)器人發(fā)展的核心零部件這一瓶頸。其中機(jī)器人諧波減速器及配套軸承生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)攜起手來(lái),聯(lián)合行業(yè)優(yōu)勢(shì)企業(yè),結(jié)成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈。盡快實(shí)現(xiàn)機(jī)器人及配套設(shè)備、零部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程尤為關(guān)鍵。近年來(lái),機(jī)器人諧波減速器軸承的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和應(yīng)用方面開展了長(zhǎng)期的研究和技術(shù)攻關(guān),公司在工業(yè)機(jī)器人軸承研制和生產(chǎn)實(shí)踐中,為使機(jī)器人軸承生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化,編制了工業(yè)機(jī)器人諧波減速器用全系列配套軸承產(chǎn)品樣本;制定了該系列產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以更好的推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人核心部件的國(guó)產(chǎn)化。公司專業(yè)從事工業(yè)機(jī)器人諧波減速器軸承的研究與開發(fā),為盡快實(shí)現(xiàn)機(jī)器人用諧波減速器軸承高性能、長(zhǎng)壽命、低成本而進(jìn)行了堅(jiān)持不懈地努力,為機(jī)器人用諧波減速器生產(chǎn)企業(yè)提供“用得起,用得好,用的久”的高精密軸承,從而進(jìn)一步填補(bǔ)國(guó)內(nèi)需求空白。
 
   國(guó)產(chǎn)諧波減速器軸承與同類進(jìn)口諧波減速器軸承相比還是存在很大優(yōu)勢(shì)的,隨著我國(guó)諧波減速器軸承生產(chǎn)技術(shù)的提高,國(guó)產(chǎn)諧波減速器軸承的質(zhì)量更加有保障,而且在價(jià)格方面也有優(yōu)勢(shì),在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。諧波減速器軸承的國(guó)產(chǎn)化,從而改變這些長(zhǎng)期被國(guó)外企業(yè)所壟斷、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)急需的高精尖精密軸承產(chǎn)品市場(chǎng)局面。隨著國(guó)內(nèi)一批品牌企業(yè)的建立,我國(guó)諧波減速器軸承在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力也越來(lái)越強(qiáng),國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)越來(lái)越開闊。
 

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