現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨于輕量化，軸承要安裝在有限的空間，必須體積小、重量輕，也就是輕量化。但同時(shí)，機(jī)器人的高載荷、高回轉(zhuǎn)精度、高運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、高定位速度、高重復(fù)定位精度、長(zhǎng)壽命、高可靠性的性能，要求配套的機(jī)器人軸承必須具備高承載能力...

一.工業(yè)機(jī)器人

1.工業(yè)機(jī)器人概況

工業(yè)機(jī)器人是一種在自動(dòng)控制下，能夠重復(fù)編程完成某些操作或移動(dòng)作業(yè)的多功能、多自由度的機(jī)械裝置，是現(xiàn)代制造業(yè)中重要的工程自動(dòng)化設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的作業(yè)系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)等幾個(gè)部分。

工業(yè)機(jī)器人一般采用關(guān)節(jié)型的機(jī)械結(jié)構(gòu)，每個(gè)關(guān)節(jié)中獨(dú)立安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的功率放大電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的操作。工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人本體、傳感器等部件完成人們需要的功能。

在我國(guó)人口紅利減弱的背景下，隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的不斷深入，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍將越來(lái)越廣，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人將迎來(lái)戰(zhàn)略發(fā)展期。

機(jī)器人重點(diǎn)產(chǎn)品：

1、焊接機(jī)器人

2、搬運(yùn)機(jī)器人

2.工業(yè)機(jī)器人軸承的關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨于輕量化，軸承要安裝在有限的空間，必須體積小、重量輕，也就是輕量化。但同時(shí)，機(jī)器人的高載荷、高回轉(zhuǎn)精度、高運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、高定位速度、高重復(fù)定位精度、長(zhǎng)壽命、高可靠性的性能，要求配套的機(jī)器人軸承必須具備高承載能力、高精度、高剛度、低摩擦力矩、長(zhǎng)壽命、高可靠性的性能。輕量化和高性能是一對(duì)矛盾。

設(shè)計(jì)技術(shù)：

工業(yè)機(jī)器人用薄壁軸承不僅要保證有足夠的承載能力，而且要求精確定位、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，因此，軸承設(shè)計(jì)分析、主參數(shù)的確定，不能單以額定動(dòng)載荷為目標(biāo)函數(shù)，而要以額定動(dòng)載荷、剛度和摩擦力矩等指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)要采用基于套圈和機(jī)架變形的薄壁軸承有限元分析方法。

制造技術(shù)：

（1）機(jī)器人軸承動(dòng)態(tài)質(zhì)量高精度檢測(cè)技術(shù)；

（2）薄壁軸承套圈微變形熱處理工藝；

（3）基于磨削變質(zhì)層控制的軸承套圈精磨加工工藝；

（4）薄壁軸承負(fù)游隙的精確控制技術(shù)；

（5）薄壁角接觸球軸承凸出量的精確控制技術(shù)；

（6）薄壁軸承的精密裝配技術(shù)；

（7）薄壁軸承套圈非接觸測(cè)量技術(shù)。

3.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人軸承市場(chǎng)需求

未來(lái)我國(guó)機(jī)器人軸承市場(chǎng)非常廣闊。

隨著我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展，必將帶來(lái)機(jī)器人軸承的快速發(fā)展。一般的定位型工業(yè)機(jī)器人（給機(jī)床上下料），每臺(tái)機(jī)器人需要軸承36套左右。如果未來(lái)中國(guó)工業(yè)機(jī)器人年需求量為15萬(wàn)臺(tái)，則需要機(jī)器人軸承540萬(wàn)套。

6kg機(jī)器人售價(jià)15萬(wàn)元，160kg機(jī)器人售價(jià)45萬(wàn)元，設(shè)均價(jià)為30萬(wàn)元，配套軸承占售價(jià)的8%，則年銷售15萬(wàn)臺(tái)，需配套軸承36億元。

4.我國(guó)機(jī)器人軸承的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化

“七五”期間，洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司（洛陽(yáng)軸承研究所）（以下簡(jiǎn)稱軸研科技）承擔(dān)了國(guó)家《機(jī)器人專用軸承的開發(fā)研究》，對(duì)焊接、噴涂、裝配機(jī)器人用薄壁四點(diǎn)接觸球軸承和薄壁交叉圓柱滾子軸承進(jìn)行了設(shè)計(jì)、試制、性能檢測(cè)及壽命試驗(yàn)，與德國(guó)YAO及日本THK同類軸承結(jié)果對(duì)比，達(dá)到了當(dāng)時(shí)國(guó)際同類產(chǎn)品，如德國(guó)YAO及日本THK的產(chǎn)品的技術(shù)水平。

3、噴涂機(jī)器人

4、碼垛機(jī)器人

5、物流機(jī)器人

6、加工機(jī)器人

7、裝配機(jī)器人

8、檢測(cè)機(jī)器人

9、潔凈機(jī)器人

2.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求旺盛

我國(guó)近些年來(lái)機(jī)器人市場(chǎng)快速發(fā)展，已經(jīng)成為全球工業(yè)機(jī)器人重要市場(chǎng)。2013年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到3.7萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)41%，超越日本成為全球第一大機(jī)器人市場(chǎng)。2014年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到5.7萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)54%。2015年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到7.5萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)32%。

相對(duì)德、日、韓等國(guó)而言，我國(guó)機(jī)器人密度還是很低，2012年我國(guó)制造業(yè)中每萬(wàn)人工業(yè)機(jī)器人擁有量?jī)H為23臺(tái)，遠(yuǎn)低于世界平均的每萬(wàn)人58臺(tái)。即使剔除不可比因素，我國(guó)機(jī)器人密度還存在較大的提升空間，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)潛力巨大。2015年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)需求量達(dá)到7.5萬(wàn)臺(tái)，保有量達(dá)到26.6萬(wàn)臺(tái)。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)需求量將達(dá)到15萬(wàn)臺(tái)，保有量達(dá)到80萬(wàn)臺(tái)。到2025年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)需求量將達(dá)到26萬(wàn)臺(tái)，保有量達(dá)到180萬(wàn)臺(tái)。

二.工業(yè)機(jī)器人軸承

1.工業(yè)機(jī)器人軸承種類

工業(yè)機(jī)器人軸承主要有以下四類：

1988年，軸研科技承擔(dān)了國(guó)家項(xiàng)目《諧波傳動(dòng)薄壁柔性軸承理論分析及計(jì)算》，對(duì)諧波傳動(dòng)裝臵的原理及軸承的安裝進(jìn)行了分析研究，為設(shè)計(jì)薄壁柔性軸承提供了理論基礎(chǔ)。

1988年洛陽(yáng)LYC公司承擔(dān)的國(guó)家項(xiàng)目《諧波傳動(dòng)變速器用柔性軸承的研制》，對(duì)神舟號(hào)飛船測(cè)控系統(tǒng)雷達(dá)用四點(diǎn)接觸器轉(zhuǎn)盤軸承和諧波傳動(dòng)減速器用柔性深溝球軸承進(jìn)行了設(shè)計(jì)、試制、性能檢測(cè)及壽命試驗(yàn)，并成功應(yīng)用于我國(guó)自行研制的“神舟1號(hào)”，“神舟2號(hào)”飛船上。承擔(dān)的《高精度薄壁等截面角接觸球軸承LY-7023、LY-7024、LY-7025的研發(fā)》課題研制產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)外薄壁等截面制造一流企業(yè)KAYDON、RBC同等水平。

2010年洛陽(yáng)LYC公司承擔(dān)的《重載工業(yè)機(jī)器人薄壁轉(zhuǎn)盤軸承的研制》課題，開發(fā)為重載焊接工業(yè)機(jī)器人腰部用四點(diǎn)接觸球薄壁轉(zhuǎn)盤軸承，并通過(guò)了用戶裝機(jī)使用。

2004年，軸研科技承擔(dān)了中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司“機(jī)器人關(guān)鍵配套軸承的開發(fā)研制”項(xiàng)目，完成了薄壁密封四點(diǎn)接觸球軸承和薄壁密封交叉滾子軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法制訂和系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖冊(cè)的編制，并對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人配套使用的兩種類型典型型號(hào)軸承FPXU408-2RZ和CRB13025-2RS進(jìn)行了開發(fā)研制，與當(dāng)時(shí)國(guó)外同類產(chǎn)品相當(dāng)，初步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人專用軸承的國(guó)產(chǎn)化配套。

近年來(lái)，洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司對(duì)薄壁軸承的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)、剛度、精度、摩擦力矩、預(yù)緊和應(yīng)用等進(jìn)行了研究，定性分析了薄壁軸承設(shè)計(jì)要點(diǎn)和軸系支承剛度對(duì)軸承變形的影響，為我國(guó)工業(yè)機(jī)器人軸承的開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

洛陽(yáng)LYC軸承有限公司針對(duì)諧波傳動(dòng)用柔性軸承的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料及熱處理工藝、尺寸公差和旋轉(zhuǎn)精度、滾動(dòng)體精度、游隙、檢驗(yàn)方法進(jìn)行了深入研究。

河南科技大學(xué)提出了輕量化綠色化長(zhǎng)壽命薄壁四點(diǎn)接觸球軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，研究了軸承有效壁厚與承載能力、啟動(dòng)摩擦力矩等關(guān)鍵性能指標(biāo)之間的關(guān)系，提出了保證壽命與可靠性的最小壁厚推薦值。

此外，洛陽(yáng)一些規(guī)模不太大的企業(yè)，如維斯格等，已小批量生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人軸承多年，產(chǎn)品除供國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人軸承主機(jī)使用，還出口韓國(guó)等國(guó)家。這些廠家在工業(yè)機(jī)器人軸承的制造上積累了一些經(jīng)驗(yàn)，他們鍥而不舍地堅(jiān)守在工業(yè)機(jī)器人軸承領(lǐng)域，難能可貴。

但是，從總體上看，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人軸承的研發(fā)不充分，碎片化，工程化不好，研發(fā)成果向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化不好。那些小批量生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人軸承的企業(yè)是利用從進(jìn)行過(guò)工業(yè)機(jī)器人軸承的大型企業(yè)退休下來(lái)的技術(shù)人員的老底，沒(méi)有進(jìn)行充分的研發(fā)和工程化，就直接小批量生產(chǎn)，向主機(jī)廠供貨，很多問(wèn)題知其然，不知其所然。

我國(guó)機(jī)器人軸承發(fā)展的技術(shù)路線應(yīng)該是：

（1）充分發(fā)揮市場(chǎng)配置資源的基礎(chǔ)性作用，促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人軸承產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。既要知難而進(jìn)，攻克機(jī)器人軸承的技術(shù)制高點(diǎn)，逐步替代進(jìn)口；又不要一哄而上，造成工業(yè)機(jī)器人軸承這種高端產(chǎn)品的產(chǎn)能過(guò)剩。

（2）在工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)上，已不能因循研發(fā)→工程化→產(chǎn)業(yè)化，按部就班的進(jìn)行，而要走研發(fā)、工程化、產(chǎn)業(yè)化“并聯(lián)式”發(fā)展的路子。要進(jìn)行研發(fā)補(bǔ)課，行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的研發(fā)機(jī)構(gòu)和相關(guān)大學(xué)、科研院所要對(duì)多年來(lái)工業(yè)機(jī)器人碎片化的研發(fā)成果進(jìn)行梳理、整合和深化，特別要在檢測(cè)、檢驗(yàn)和工業(yè)性試驗(yàn)上下工夫，著力實(shí)現(xiàn)工程化。同時(shí)，按市場(chǎng)需求，通過(guò)實(shí)施技術(shù)改造項(xiàng)目，形成生產(chǎn)能力，滿足主機(jī)行業(yè)的配套需求。

（3）提倡具有工業(yè)機(jī)器人軸承研發(fā)能力和研發(fā)基礎(chǔ)的大型企業(yè)和有工業(yè)機(jī)器人軸承小批量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的中小型企業(yè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，合作共贏。

（4）有志于開發(fā)工業(yè)機(jī)器人軸承的企業(yè)，應(yīng)該努力尋求與工業(yè)機(jī)器人主機(jī)企業(yè)建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，并邀請(qǐng)相關(guān)大學(xué)、科研院所加盟，建立工業(yè)機(jī)器人軸承協(xié)同創(chuàng)新戰(zhàn)略同盟。

（5）標(biāo)準(zhǔn)化主管部門應(yīng)組織有關(guān)企業(yè)（工業(yè)機(jī)器人軸承供需雙方企業(yè)）、大學(xué)和科研院所，在認(rèn)真總結(jié)工業(yè)機(jī)器人軸承的研發(fā)→工程化→產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)積淀和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定并貫徹實(shí)施工業(yè)機(jī)器人軸承系列標(biāo)準(zhǔn)。

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