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我国国产高端工业机器人薄壁轴承替代进口的关键技术及前景分析

更新时间:19-08-17点击次数:3174次
我国国产高端工业机器人轴承替代进口的关键技术及前景分析 (一)工业机器人轴承的种类 减速器是工业机器人的核心部件,而轴承是减速器的关键零件。 工业机器人减速器有RV减速器、谐波减速器,还有摆线针轮减速器、行星减速器等。而用量最大,技术水平最高的是RV减速器和谐波减速器。掌握了这二类减速器轴承的技术,也就是掌握了工业机器人减速器的最高技术。
我国国产高端工业机器人轴承替代进口的关键技术及前景分析
(一)工业机器人轴承的种类
减速器是工业机器人的核心部件,而轴承是减速器的关键零件。

工业机器人减速器有RV减速器、谐波减速器,还有摆线针轮减速器、行星减速器等。而用量最大,技术水平最高的是RV减速器和谐波减速器。掌握了这二类减速器轴承的技术,也就是掌握了工业机器人减速器的最高技术。


1、RV减速器轴承

RV减速器轴承包括作为减速器主轴承的薄壁角接触球轴承、用于偏心轴定位和主体支撑的薄壁圆锥滚子轴承、用于摆线轮支撑的圆柱滚子(滚针)保持架组件。以及用于齿轮支撑的薄壁深沟球轴承。



2、谐波减速器轴承

谐波减速器轴承包括用于刚轮的薄壁交叉圆柱滚子轴承和用于柔轮的柔性轴承。


(二)工业机器人轴承市场
从全球市场角度来看,目前欧洲和日本是工业机器人主要供应商,ABB、库卡(KUKA)、发那科(FANUC)、安川电机(YASHAWA)四家占据着工业机器人的主要市场份额。2013年四大家族工业机器人收入合计约为50亿美元,占全球市场份额的50%。

其中,机器人减速机70%以上市场份额由日本纳博特斯克(Nabtesco)和哈默纳科(Harmonicdrive)垄断。2015年纳博特斯克的减速器业务收入约为5亿美元。日本Nabtesco生产RV减速机,Harmonicdrive生产谐波减速机。


从上表可见,我国工业机器人市场高速发展。其中国产工业机器人销量亦高速发展,2014年全国工业机器人销售5.7万台,其中,国产工业机器人销售1.7万台,占29.8%;2015年全国工业机器人销售7.5万台,其中,国产工业机器人销售2.2万台,占29.3%;2016年全国工业机器人销售8.9万台,其中,国产工业机器人销售2.9万台,占32.6%。
预计2020年全国工业机器人需求总量20万台,其中国产工业机器人7万台,占35%。

预计2020~2025年,全国工业机器人总需求量年均递增15%,2025年达40万台,其中国产工业机器人将以年均递增20%的较快速度发展,2025年达17万台。


1台6轴工业机器人装有4台RV减速机、2台谐波减速机,则配套轴承数量为15×4+3×2=66套。
按平均每台工业机器人需配套轴承66套、价值6000元计算,2020年全国工业机器人需求20万套,需配套轴承1320万套、价值12亿元,其中国产工业机器人7万台,需配套轴承462万套、价值4.2亿元。2025年全国工业机器人需求40万台,需配套轴承2640万套、价值24亿元,其中国产工业机器人17万台,需配套轴承1122万套、价值10.2亿元。
(三)工业机器人轴承的关键技术
工业机器人轴承安装在有限的空间,必须采用轻量化的薄壁交叉滚子轴承、等截面薄壁轴承和异形轴承。
工业机器人的高载荷、高回转精度、高运转平稳性、高定位速度、高重复定位精度、长寿命、高可靠性的性能,要求配套的机器人轴承必须具备高承载能力、高精度、高刚度、低摩擦力矩、长寿命、高可靠性的性能。轻量化和高性能是一对矛盾。
为了解决这一矛盾,必须采取一系列措施。
从产品设计上——
不单以额定动载荷为目标函数,而是以额定动载荷、刚度和摩擦力矩等多项指标作为目标函数,进行多目标优化设计。同时,采用基于套圈和机床变形的薄壁轴承有限元分析方法。
从制造工艺和装备上,研发应用——
(1)易变形、难装卡、难加工的薄壁轴承、异形轴承的套圈锻造、车加工、热处理、磨加工、超精加工和装配的特种加工工艺和工艺装备;
(2)机器人轴承动态质量高精度检测技术;
(3)薄壁轴承套圈微变形热处理工艺;
(4)基于磨削变质层控制的轴承套圈精磨加工工艺;
(5)薄壁轴承负游隙的精确控制技术;
(6)薄壁角接触球轴承凸出量的精确控制技术;
(7)薄壁轴承的精密装配技术;
(8)薄壁轴承套圈非接触测量技术。


(编辑:洛阳佰纳轴承)

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