国家政策保驾护航促进机器人产业精密核心部件的国产化
工业机器人的“三大”核心部件包括伺服电机、减速机和控制器,这也是制约我国机器人发展的重要瓶颈。减速机用来精确控制机器人动作,传输更大的力矩。目前全球能够提供规模化且性能可靠的精密减速机生产企业不算多。最主流的精密减速机主要分为两种,安装在机座、大臂、肩膀等重负载位置的RV减速机和安装在小臂、腕部或手部等轻负载位置的谐波减速机。
RV减速机,作为一种小体积,大传动比,零背隙,超高传动/体积比的减速机,是精密机械工业的一个巅峰之作,减速机里面完全是由高精度的元件,齿轮相互啮合,对材料科学,精密加工装备,加工精度,装配技术,高精度检测技术提出了极高的要求。
自2013年以来,我国已成为全球第一大机器人市场。与此同时,国产工业机器人的产量也呈现出爆发式增长的趋势。数据显示,目前国产工业机器人的市场份额仅占30%左右,且总体而言以分布在低端市场居多,高端工业机器人依然在很大程度上依赖进口,特别是机器人的三大核心关键部件:伺服电机、减速机和控制器等大部分依赖进口。体现在成本上,这三大关键部件分别占到机器人整机成本的25%、35%和15%。
有统计数据显示,国外品牌占据了中国交流伺服市场80%左右的市场份额。目前,国内一些核心零部件企业正在不断加强技术研发。在机床和机械手等自动化设备的应用中,国产伺服系统的进口替代正在加速进行。
根据工信部《关于推进工业机器人产业发展指导意见》,到2020年国内机器人使用密度从目前的万名员工20台左右提升至100台以上,未来国内对于机器人用精密减速机市场的需求将超过100万台/年。由此可见,机器人用精密减速机在国内将有很大的发展空间。
印发的《中国制造2025》提出,“突破机器人本体、减速机、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈”。
国产机器人减速机产品质量参差不齐、差异明显,在性能的稳定性方面普遍需要加强。与国外产品相比,国产行星摆线减速器在传动效率方面有较大差距,精度寿命差距很大,在传动误差方面差距较小,但在回差上整体水平较好。
国产机器人精密减速器领域目前亟需解决的瓶颈问题主要有:一是批量化制造、检测技术需提升,包括高效、高精度制造工艺与装备,零件与整机的批量化高精度快检等;二是精度寿命待验证,包括失效机理及规律、高性能材料优选等;三是系列化优化设计体系待完善,包括系列化设计体系与摆线轮修形优化等;四是工程应用数据反馈与优化缺失,包括工程应用数据库建设与性能跟踪反馈优化等。
近年来,一些国内企业已经开始在工业机器人用精密减速机领域发力研发和制造,上海机电、秦川机床、恒丰泰、帅克机械和精华减速机等公司已经开始量产RV减速机,尽管与日本企业生产的产品在性能方面仍存在一定差距,但国内已有可替代产品。相较于RV减速机,国产谐波减速机的差距相对较小,有些企业的产品已经得到了越来越广泛的应用。
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