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▲日本安川機(jī)器人揮刀削豌豆
01
作為傳統(tǒng)的制造強(qiáng)國,德國、意大利、日本等國家的減速機(jī)產(chǎn)品在材料、設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量控制、精度、功率密度、可靠性和使用壽命等方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
減速器在機(jī)械傳動領(lǐng)域是連接動力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置,通常它把電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的,并傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。
在航空航天、機(jī)器人和醫(yī)療器械等發(fā)展的推動下,結(jié)構(gòu)簡單緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動平穩(wěn)的高性能精密減速器需求加大,其中RV減速器和諧波減速器更是精密減速器中重要的兩種減速器。
精密減速機(jī),是一種動力傳達(dá)機(jī)構(gòu),其利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器,將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù),并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置。
▲Nabtesco減速機(jī)
目前全球能夠提供規(guī)模化且性能可靠的精密減速器生產(chǎn)企業(yè)不多,絕大多數(shù)市場份額都被日本企業(yè)占據(jù):Nabtesco的RV減速器約占60%,Harmonica的諧波減速器約占15%,還有住友重工(SUMITOMO,未查到比例)。尤其在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用比例,是壓倒性的。
▲拆解精密減速機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
Nabtesco(納博特斯克)是由帝人精機(jī)和納博克(1956年生產(chǎn)了日本第一個(gè)自動門)這兩家日本公司強(qiáng)強(qiáng)合并組成。作為運(yùn)動控制系統(tǒng)和零部件的生產(chǎn)商,這兩家公司都在其特定的業(yè)務(wù)領(lǐng)域,掌握了高端核心技術(shù),控制著很大的市場份額。
作為世界上最大的精密擺線針輪減速機(jī)制造商,Nabtesco生產(chǎn)高性能減速機(jī)、中空軸減速機(jī),以及單軸伺服執(zhí)行器和控制器。
其生產(chǎn)的精密設(shè)備具有高扭矩、高剛性和高耐過載沖擊荷載能力的同時(shí),兼有高精密和非常低的回程間隙,被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、雷達(dá)天線、工業(yè)機(jī)器人、半導(dǎo)體和焊接技術(shù)等工業(yè)自動化領(lǐng)域。
▲工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)應(yīng)用精密減速機(jī)
日本Harmonic Drive Systems Inc.(簡稱HDSI)是整體運(yùn)動控制的領(lǐng)軍企業(yè),其生產(chǎn)的Harmonic Drive組合型諧波減速機(jī),具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)床等各種尖端領(lǐng)域。
▲諧波減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
為了涵蓋諧波減速機(jī)所不能做到的低減速比領(lǐng)域,HDSI產(chǎn)品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機(jī)Harmonic Planetary。獨(dú)特的內(nèi)齒圈形變工藝,可以使得行星齒輪與其嚙合的更緊、消除背隙,已達(dá)到精密級的傳動誤差。
▲ Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器
諧波傳動減速器是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形,并與剛性齒輪相嚙合,從頭傳遞運(yùn)動和動力的齒輪傳動系統(tǒng)。
▲ Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器
日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強(qiáng)之一的住友集團(tuán)旗下的建設(shè)機(jī)械廠家,住友產(chǎn)品在1967年憑借自身技術(shù),開發(fā)研制了第一臺液壓挖掘機(jī)之后,目前世界各地到處活躍著住友液壓挖掘機(jī)的身影。
▲住友減速機(jī)
住友減速機(jī)包含各種型號減速機(jī),如住友大型斜齒輪減速箱,住友行星齒輪減速機(jī),住友斜齒輪減速機(jī),住友蝸輪蝸桿減速機(jī)等。減速比大,效率高,針齒嚙合系套式滾動摩擦,嚙合表面無相對滑動,一級減速效率可達(dá)94%。
02
作為精密機(jī)械工業(yè)的一個(gè)巔峰之作,減速機(jī)的技術(shù)門檻非常之高,RV減速機(jī)里面完全是由高精度的元件,齒輪相互嚙合,對材料科學(xué),精密加工裝備,加工精度,裝配技術(shù),高精度檢測技術(shù)提出了極高的要求。
國內(nèi)企業(yè)研發(fā)多是通過反向工程獲得數(shù)據(jù),完全知其然而不知其所以然。所以盡管國內(nèi)有部分企業(yè)在技術(shù)水平上取得了重大突破,但國產(chǎn)減速器在精度的保持性、精度壽命和產(chǎn)品壽命上都存在研發(fā)難點(diǎn),各項(xiàng)難點(diǎn)導(dǎo)致國產(chǎn)減速器的一致性較差,產(chǎn)品之間可復(fù)制性低。
另一方面,加工制造減速機(jī)零部件的設(shè)備都非常昂貴,比如美蓋勒平面磨床,單價(jià)折合人民幣就接近千萬元。在沒有足夠的產(chǎn)量支撐下,設(shè)備攤銷成本高得嚇人。
國產(chǎn)精密減速機(jī)成本比國外競爭對手高,性能卻比對手差,銷量當(dāng)然不好,也不可能實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng),實(shí)現(xiàn)盈利。而沒有盈利,沒有批量就沒有足夠的資源進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)探索研發(fā),也沒有辦法形成質(zhì)量控制,更沒有辦法改進(jìn)技術(shù)和性能。
目前應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域的減速機(jī)主要有兩種,一種是RV減速器,另一種是諧波減速器。在關(guān)節(jié)型機(jī)器人中,由于RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度,一般將RV減速器放置在機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置,而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部。
對于高精度機(jī)器人減速器,日本具備絕對領(lǐng)先優(yōu)勢,目前全球機(jī)器人行業(yè)75%的精密減速機(jī)被日本的Nabtesco和HarmonicDrive兩家壟斷(業(yè)界俗稱RV減速機(jī)和諧波減速機(jī)),包括ABB、FANUC、KUKA等國際主流機(jī)器人廠商的減速器均由上述兩家公司提供。
據(jù)行業(yè)內(nèi)部人士透露,ABB、發(fā)那科、安川、庫卡等國際主流機(jī)器人整機(jī)廠商均由以上兩家日本公司提供減速機(jī),并且與兩家公司有著非??量痰暮献鳁l件,即在使用這兩家公司產(chǎn)品時(shí)不能再使用別家的產(chǎn)品,否則將解除合作關(guān)系。
核心零部件一直限制著中國機(jī)器人的快速發(fā)展,如果我們想要形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化, 擺脫國外機(jī)器人企業(yè)的掣肘,在機(jī)器人領(lǐng)域贏得自主,必須要將減速器國產(chǎn)化加速提上日程。
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