為什麼中國的工業機器人用的 RV 減速機一般是進口的?中國在研發和製造這種減速機方面是否有難點?
作為機器人從業者,我對減速機(當然是機器人用的減速機)行業的情況略知一二。應該說,這個問題並不僅僅是中國在國產RV減速機的問題,它也是所有中國在試圖自主製造高級設備企業面臨的共性問題。我把它稱之為技術-成本死循環。
首先我們看技術方面。
RV減速機,作為一種小體積,大傳動比,零背隙,超高傳動/體積比的減速機,是精密機械工業的一個巔峰之作,減速機裡面完全是由高精度的元件,齒輪相互嚙合,對材料科學,精密加工裝備,加工精度,裝配技術,高精度檢測技術提出了極高的要求。(圖)
我們現在所能做的只是從購買產品裡面拆開分解分析,進行反向工程,完全知其然而不知其所以然。給大家舉個例子吧,18世紀的時候,歐洲的玻璃器及光學用途玻璃領先於世界,因為它的玻璃純凈介質均勻,確保光不會在介質疏密不均情況下發生折射,影響光學性能。其他國家的工匠將一直想要了解清楚緣由,但是一直也沒有破解其奧秘所在,後來直到20世紀這個方法才被完全公開,也就是在玻璃在熱融狀態進行長時間加熱不停的攪拌,並且攪拌的速度角度和方法也各有講究,但是,不知道這一點,憑摸索就是以前很難與突破的。
我另外知道一個真實的故事,日本知名的摩托車製造企業鈴木摩托車,在中國有一個合資製造廠叫江門大長江鈴木摩托車製造有限公司,這家公司,在中國肇慶分廠建廠之初曾經碰到一個怪事。他們的一個250cc,59馬力的摩托車發動機在中國組裝的產品硬是只有55個馬力,那丟失的4個馬力不知道到哪裡去了?材料是一樣的,真的生產工藝方法也是一樣的,後來大概花了足足一年的時間進行TQM落實整改,才慢慢的把那4個馬力差異找回來,這裡牽涉到嚴格的工藝規範和質量控制工程,就是工業技術半點來不得馬虎的地方。
我也曾經試用過國產的知名某品牌的RV減速機,應該說確實能用,但是其雜訊和發熱量明顯高於進口品牌納博特斯克的減速機,搞機械的都知道,發生雜訊和發熱都意味著其中的一些齒輪嚙合不良,有超額摩擦磨損,有內部應力,機械不是在一種正常的工況下進行工作,這樣的機械壽命不會很長。後來他們幾番改進,降低了不少,但還是達不到Nab的水平,不同於電氣產品,機械元件的失效和損壞不是立竿見影的,而是一個有時間的過程,哪怕現在能用。誰也不能保證,3個月半年一年之後,是不是會因為磨損報廢,那時候進行對成千上萬的產品召回或者維修的成本就大得嚇人了,所以確實不敢用。技術性能是一方面,成本又是另外一個方面。
加工製造減速機的設備都非常昂貴,比如美蓋勒平面磨床, 內孔端面外圓一道磨 ,精度0.5μ重複定位0.3μ ,據說加工達到1μ,有砂輪庫。摺合人民幣價值就接近千萬元了。在沒有足夠的產量支撐下,他的設備攤銷成本就高得嚇人。
業界有個笑話:
話說財經記者採訪某剛剛上市的減速機製造企業的老總:
「請問您融資了幾個億,打算用來幹什麼呢」
「先把拖欠供應商欠款,拖欠工資獎金啥的給發了,然後還一下買美蓋勒的貸款」
「那剩下的呢?」
老闆抬起頭,吐了一口煙
「剩下的啊,慢慢還……」
這當然是個笑話,但其實不光是美蓋勒的磨床。生產減速機的所有設備,所有管理人員都要參在一個非常小的批量上進行設備攤銷,成本下不來。而形成對比的是納博特斯克一家,就幾乎壟斷了全球的大負載大傳動比機器人用減速機的供應。——在這裡插一句話,這種減速機實際上應該是擺線針輪的一個改進種,RV不是正式名稱,而只是納博特斯克的產品型號,因為其壟斷地位,使得我們現在把這類減速機都稱為RV。——我們的批量再怎麼樣也不過是那博的1%。所以這就變成了一個惡性循環,成本比國外競爭對手高性能卻比性的對手差,銷量當然高不了,然後也不可能實現規模效應,實現盈利,而沒有盈利,沒有批量就沒有足夠的資源進行技術改進探索研發,沒有足夠的銷售批量就沒有辦法形成質量控制,也沒有辦法改進技術和性能。
而我現在所說的這個,技術——價格死循環。還不僅僅是國內的機器人減速器行業的困境。更是中國企業在以數控機床和機器人為代表的,現代化高技術裝備行業中面臨的困境。
中國的工業從業者們,仍然任重而道遠啊!
用於機器人高負載關節的高剛性精密減速機,目前不僅是國內,世界範圍內納博(帝人)的RV減速機也是具有絕對的市場份額,真正的競爭對手並不多。這種減速機的技術特點也是難點,就是在於既要能夠承受很大的衝擊,還要保證大扭矩的傳遞和精度。因此從材料、熱處理、磨削、軸承、裝配、檢測要求都很高。僅用於超精密磨削加工的美蓋勒磨床價格都是以千萬計。因此,儘管國內有許多廠家研發並生產出來,但因其成本高企不下,也沒有競爭優勢。另一方面,減速機的保持精度。許多廠家減速機剛出廠的時候可能精度能夠達到要求,甚至超過機器人運動需要的精度,但是運行超過一定時間後,精度下降很厲害,無法滿足使用要求了。據說,即使那家國外品牌在國內生產的產品目前也和國內廠家產品一樣也存在噪音、發熱和精度不持久的問題。
從需求市場講,據說國內機器人生產製造廠家超過800餘家,但年產量和銷量能夠超過500台套的寥寥無幾,因此對高剛性精密減速機的需求量不大。國內機器人本體依然是「四大家」的天下,而「四大家」不可能會輕易嘗試未經證實國內廠家的減速機產品。
如果沒有突破性的技術,國內廠家沿著日本人的技術路線走下去,僅靠拼設備拼加工精度,很難能看到出頭的一天。日本人不僅目前有降價空間,也絕對有足夠的技術領先優勢可能設計成本更低面對中國市場專門產品。
從某種意義上來說,目前那些民營企業,沒有政府足夠的補貼和支持,仍然還堅持燒錢研發、生產機器人用減速器的廠家,真可以算是有民族情懷的了,應該給予足夠的敬意!
秦川、雙環、武漢精華、崑山光騰、恆豐泰、南通振康、巨輪股份、泰隆,那個會走到底,走出頭呢?沒想到被邀請了。
技術所限,泛泛談,如有不足歡迎補充。
題目稍微發揮一下,為什麼國產機器人不用國產減速機。兩個原因,一個比較虛,一個比較實在。
先說實在的,因為國產減速機不便宜,我指的是在達到同樣的效果的基礎上,國產減速機並不便宜。這個講道理的話國產機器人廠家應該理解,因為同樣的痛我們也一直在經歷。
對比一個國外機器人165kg和某一個國內機器人165kg型號用的減速機的價格。國外機器人減速機採購價是2.1萬,佔總成本的13%,國內機器人減速機採購成本是9.2萬,佔總成本的31%(兩個品牌均不指名)。好了,差價這麼大,原因在於Nab本身就有差價地供貨(這裡為了嚴謹,所以明確一下RV主要用在前三軸,也就是說減速機的報價除了RV,還要算上後面的諧波。目前國內諧波減速機發展的比RV稍微強一些但不多),當然,國產機器人的需求量也沒什麼議價能力。這個時候每一個國產機器人其實都是希望有國產減速機站出來的。於是國產減速機站出來了,說,他們跟你要9.2W,我只跟你要8.2W。作為機器人生產廠家,本指望國產減速機按照2.1W作為參考報價,結果當然是驚呆了。上面的例子是調研機構得到的,說一個我接觸過的例子,是諧波的,當時用到機器人後三軸的減速機,報價分別來自於國外的某寶和國內的某品牌,就拿第六軸的來說,兩者相差的價格在不到1k,就算我後面可以跟國產減速機品牌進一步議價,那麼按六個減速機來計算,為我節約的成本在6k左右,這個成本優勢,在一台20w左右的機器人上,還不夠買十送一呢。說到這個並不是嗔怪。畢竟國產機器人每年就那麼幾千台,RV減速機的用量乘以3,數量也還是有限。分攤到每一個減速機廠,都是有限的數量卻要高的不合理的投入。沒人買單的研發確實不好進行。說到這我順便分享一個我所了解的情況,就是關於國外減速機的生產,好的設備固然重要,但是工人素質可能更能起到決定性作用。據說國外很多減速器生產車間自動化程度並不高,與國內減速機工廠動輒要用機器人生產減速機完全不同。人工主要能做到極致,一致性也就保障了。
所以,價格只是一方面,講道理的說,即使價格一樣,該支持國產也應該支持,民族情懷么。但是一個新的問題出現在機器人廠商面前(務虛)。就是國產減速機並不是為國產機器人生產的。這句話應該不算完全的胡扯。至少從宣傳層面看,國產減速機一直以來參考的對象都是橫向的國外進口減速機某型號,從沒有聽過某減速機專門為某國產機器人深度定製。這個粗想想問題是不大,畢竟是競品之間做類比。但是仔細思考越來越不對勁,原因很簡單,一個工業機器人,並不是只有減速機就足夠的,更重要的是和伺服系統、運動控制系統的結合才能達到高精度和高穩定性,各家的技術都不一樣,沒聽過哪兩家國外的機器人說自己的減速機和別家可以通用。國產減速機參考對象是怎樣性能更逼近國外的品牌,而不是怎樣能更適合國產機器人。一旦在這個方向上弄錯了,那麼後續使用就需要機器人廠商與國產減速機廠商不斷協調、磨合、再協調、再磨合。對於研發工程師來說,研發周期也確實給不了他這麼多時間。
再多提一句,就是機器人在實際使用中出問題了,因為國外減速機產品更有穩定性,我們可以幾乎忽略掉減速機出毛病了,對機器人其他方面進行排查。但是用國產減速機呢、、、?要技服人員每次對故障排除都要考慮減速機,那麼這個成本又是誰來承擔?機器人方面有一個詞叫MTBF,國內和國外的機器人一比這個就完敗。一提到這個大家就說國外的存在時間足夠長,所以有足夠多的數據讓自己得到他展示的無故障運行時間。但是如果較真的話,借鑒MIL-HDBK-217標準測一下,才真發現差距還是有。所以我倒不迷信減速機廠商給我提供的自己的實驗室檢測對比報告。機器人上面用減速機,包括機器人的生產,都絕不是為了數字好看。能用,能用得住才是硬道理。
補充一下,說技術難點在哪。這個其實剛剛已經講了,就是減速機與機器人的匹配程度,在於研發減速機的企業的研發思路是「借鑒」而不是研究。聽過不少減速機廠商對自己產品的介紹,都在強調由於改了齒形狀的設計,所以和國外的減速機不存在抄襲之類的問題。類似這樣的強調,總覺得有點此地無銀的感覺。與其這樣跟國產機器人死磕,倒不如先把產品拿給kuka、abb去用,過了他們那關,才算是檢驗合格。
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之前著重說的是為什麼國產機器人為什麼多用國外的減速機。最近接觸一些減速機方面的工作,特地過來補充國產減速機存在的問題。我看到有很多減速機生產廠家關注這個問題。覺得我說的有問題歡迎補充。
減速機目前主要應該是三個指標:精度、壽命、抗衝擊性能。其實具體到使用上來,並不是越高越好,用戶更加關注的是穩定,即在設定的工作壽命時間內(6000小時?)剛度不變---精度不變。
好了,說一下國產減速機的特點,根據我與不同廠家工程師交流的結果,拋開價格這些,聚焦到產品基礎屬性,大家的評價驚人的一致,概括起來就是四個字:虎頭蛇尾。國產減速機在出場的時候表現驚人的好,拿剛出廠的國產減速機跟國外減速機比,數據好看得驚心動魄。甚至分不清哪家是國產的哪家是國外的。
但是過一段時間,國產減速機的性能突然急劇下降,降破底線。簡直是謎一樣的原因。更重要的是,這個性能急劇下降的時間點並不固定,也有不下降的,用起來跟買彩票似的。找了很多減速機廠家的工程師過來,都說不清楚原因。前段時間跟一個這方面的朋友聊。推測了一下原因,放在這裡跟大家討論:
先說結論,原因出在國產減速機對於精度的追求。聽起來有些奇怪對吧。目前減速機廠家都在追求1弧分的精度。那麼廠家們都是怎麼做的呢?簡單來說就是把所有可能的間隙都做一個過盈配合。嚴絲合縫,最精密了。精度達到了,甚至更高,問題也來了,裝配工藝跟不上。或者裝配跟上了,但是因為沒有縫隙裝配過緊,那麼這種過盈導致的過緊,最終就會導致磨損過大,很快就會形成間隙和鬆動,扭轉的剛度也就很快地變差了。
要麼出場精度差,要麼用一段時間精度差,這就是難題。
從1997年大連交通大學等高校承接第一期863計划算起,仿製RV減速器已有近20年,為什麼至今我們還沒有完全掌握其核心技術,使RV減速器產業化呢?究其原因:
1、對RV減速器的機理及製造工藝研究不足;
2、RV減速器對零件的加工、裝配精度及材料要求非常高,我國的精密製造技術及設備尚不能達到加工RV減速器的水平;
若繼續走仿製之路以上兩點是不可逾越的難題,只能攻克一個難題前進一步,永遠跟在別人後面亦步亦趨。沒有創新,不要說超越就是接近進口RV減速器的技術指標都很難。
仔細分析RV減速器的機理,為什麼RV減速器對零件的加工、裝配精度及材料要求這麼高,並非完全是機器人對減速器的要求高,而主要是RV減速器自身的功率分流、多軸驅動的超靜定結構所致。超靜定結構具有很高的剛度,但需要非常精密的製造精度作保證。一但功率分流、多軸驅動失效,會發生載荷偏置超過零件的承載能力,這就是目前仿製的RV使用壽命低的原因。此外研究發現RV減速器的一短板,即大關節使用最多的RV-C型(中空穿線)減速器的結構從兩級傳動變為三級傳動(第二級竟變為增速),產品的性能明顯降低。
XT機器人減速器是在深入研究RV減速器的機理並採用ZL200610001307.9專利技術的基礎上設計的性能指標優於RV減速器的新型工業機器人減速器。XT減速器採用承載能力更高的內擺線嚙合及具有剛度極高的銷孔式輸出機構並增加了調隙功能。目前已完成了初試樣機及性能測試,其主要技術指標能達到或超過進口的RV機器人減速器。
XT減速器與RV減速器的對比優勢:
1、XT減速器採用單軸輸入結構簡單、剛性好。銷孔輸出機構由剛性極強的鳥籠式輸出軸及行星輪上多個傳力銷組成,其剛度經理論計算和測試結果均高於RV減速器;
2、XT減速器採用內擺線嚙合比RV減速器的外擺線嚙合承載能力可提高15%—30%;
3、XT減速器關鍵零件偏心軸的製造難度及成本大為降低;
4、XT減速器的產業化難度低於仿製RV減速器。批量生產的工藝裝備簡化,製造難度低降;
5、XT減速器具有調隙功能,可減小間隙回差。
此外,擺線輪修形理論的新研究成果,可提高減速器的傳動精度和承載能力。還有一個精密擺線磨床的創新設計方案,精度和效率可優於進口的精密擺線磨,製造成本可為進口的1/4。以上兩項技術也可為仿製RV減速器企業服務。小型XT減速器其剛度和精度保持期遠大於諧波減速器,可取代機器人使用的諧波減速器。
雖然創新的道路上還有很多艱難曲折,但堅信設計先進、性能指標佔優、製造難度降低的具有完全自主知識產權的XT機器人減速器其產業化進程一定能後來居上,為我國快速發展的工業機器人產業作出貢獻。
附件:
研究人員簡況
周曉汀,男,1940年生,機械專業本科畢業,享受國務院特殊津貼的高級工程師,退休前曾任貴州省機械工程學會理事,中國機械工程學會高級會員,貴州省發明協會會員。曾獲國家專利6項、省地科技成果多項、在國家及省級學術刊物曾發表論文5篇。上世紀七、八十年代開始從事機械傳動研究,發表了《差動行星減速器》、《諧波鏈傳動》論文,退休後開始擺線行星傳動研究,2006年申請了《內擺線針輪行星傳動》專利,同年參加重慶大學舉辦的機械傳動國際學術會發表相關學術論文。2012年又申請了《銷孔輸出可調隙少齒差行星傳動裝置》專利。2010年用專利技術與航天科工集團35所合作試製微型精密雷達減速器取得成功。2011年開始轉入機器人減速器的研製工作。
發明人:周曉汀 電話: 13581840709、13601371798(北京)、13527727732(廣州)、
15185100149(貴陽);
E-mail:zhouxiaotingzmz@163.com.
加工和製造是一方面,國內就是太過於強調加工與製造,而忽略了設計本身,不去靜下心來去研究為什麼日本人那樣做,設計精髓在哪,導致做不出滿足要求的產品,細數國內多少廠家為了攻克RV減速機項目投入多少世界一流的加工設備,結果呢,設備成了擺設。所以想做好RV減速機,擁有好的加工製造設備是一個前提,但是必須還要考慮人的因素,因為這東西畢竟還是人設計出來的,其次,這種精密機械不可能一下子就會攻克,想做這個減速機必須靜下心來,不能急功近利。
精度不好,穩定性也不行,壽命相比可能會較短,還有么,就是有噪音和發熱等問題
寧波中大力德智能傳動股份有限公司立足於智能化、自動化裝備核心部件製造商和設計方案提供者,通過團隊自主研發及與科研院所、高等院校合作,開發的「小型減速電機」和「自動門用無刷直流減速電機」分別獲得中國齒輪行業科技進步一、二等獎,「永磁無刷電機行星齒輪減速機構」列入國家火炬計劃,「行星減速器」列入國家重點新產品計劃,「RV減速器」列入寧波市裝備製造業重點領域省內首台(套)產品。形成了微型直流齒輪減速電機、微型交流齒輪減速電機、小型減速電機、行星減速器、RV減速器、電機控制器等六大系列近千個品種。
公司從2012年開發RV關節機器人專用減速器,如今已形成批量系列產品。
http://pan.baidu.com/s/1geSrb9p
中大力德常規產品的PDF手冊雲盤。
原文鏈接:工業機器人行業研究報告(附437家關聯企業介紹)
1-9月我國工業機器人產量同比增長69.4%
《2017年世界機器人報告》稱,中國機器人行業正在以前所未有的速度迅猛發展,正成為全球機器人行業的領先者。
2016年,中國銷售工業機器人增長了27%,達到8.7萬台,佔全球的近1/3。同時,中國的機器人製造商正在擴大其在國內市場的份額,2018年~2020年,中國機器人的年銷售量預計每年平均增長15%~20%。
2017年8月23日,中國電子協會發布報告稱,預計今年中國將銷售超過11萬的工業用途機器人,同時2017年中國工業機器人市場規模將達到42.2億美元。
2017年1-9月,我國工業機器人產量達到95351台(套),同比增長69.4%,9月當月產量為13085台(套),比上年同月增長103.2%,繼續保持高速增長態勢。
IDC預測2018機器人十大趨勢:工業機器人大受寵
IDC FutureScapes 近日發布了2018年全行業的預測和觀察。報告中討論了未來1-3年內可能影響機器人行業的ICO和企業高管做出決斷的關鍵性預測。如到2019年,有60%的高新技術製造商將專註於工業機器人的部署;到2020年,全球移動安全機器人市場將增長近3倍等等。
2018年全球機器人行業十大發展趨勢:
預測1:到2019年,機器人的應用量將增加三分之一,而60%的G2000高新技術廠商將專註於工業機器人的部署。
預測2:到2020年,新安裝的工業機器人中將有45%至少配備了一個智能功能,如預測性分析、自我診斷、健康狀況意識、同行學習或自主認知。
預測3:到2021年,負責監督和協調智能機器人代理的出現,將有效刺激整個工業機器人行業效率提升30%。
預測4:到2021年,30%的G2000製造商將部署網路物理機器人系統,從而使生產力提高10-20%。
預測5:到2020年,全球移動安全機器人市場將增長近300%,而在增強人類安全上,又將有30%的移動安全機器人將配備機載無人機以進行必要部署。
預測6:到2019年,25%的移動機器人將部署包括添加模塊化組件的能力,並在同一移動平台實現多種應用,從而幫助生產力和效率提升30%。
預測7:到2020年,前100家零售商中將有30%在店內採用或試點部署機器人,從而使訂單成本降低20%。
預測8:到2021年,移動機器人部署的45%將通過Raas(Robot as a service:機器人即服務)的方式,使設備能夠在需求波動期間迅速擴大和縮小,並使機器人部署從資本支出轉移至運營成本。
預測9:在無人機行業部署的軟硬體和服務方面的投入,將有助於繪製和規劃石油、天然氣和煤炭等開採地區的基礎設施,以及調查和監測數千英畝的農作物,預估其產業價值在2020年將達到1億美元。
預測10:到2021年,消費類機器人市場將翻一番,下一代基於AI的機器人將減少對物理性任務的關注,而更多的參與家庭成員的教學和互動當中,並開始走進家庭,提高人類生活質量。
目前我國工業機器人主要集中在本體和集成端
工業機器人產業鏈由核心零部件製造商、本體製造商、系統集成商、工業機器人應用和下游服務商構成,其中本體是機器人產業鏈的核心。
目前,國內的機器人企業多為系統集成商。從國內機器人市場發展現狀看,有兩類企業將在未來行業大發展的背景中勝出:一類是有很強技術研發底蘊,項目經驗豐富的行業企業,另一類是在某些行業有一定的項目經驗,擬在自身行業推廣工業機器人的企業。
截至2017年11月初,參照系優質企業資料庫共收錄437家工業機器人行業關聯企業。從產業鏈布局來看,主要集中在系統集成領域,有278家相關企業,佔全產業鏈的64%。
主要的精度達不到 但最終還是要國產化 中國人就怕認真兩個字
中國的工業技術在這方面來說還是比較薄弱的,沒有先進的加工工具,沒有成熟的技術,只靠簡單的模仿是不夠的。
減速機行業投入成本大,資金回收慢,然而真正缺少的是能坐下來搞研究開發的人員,國內的減速機廠家大小都是抄襲國內外品!
RV減速機現在國內的產品就是追求精度,為了精度而精度,關鍵核心技術還未攻克,包括齒輪修行,加工工藝,工裝,不要指望有了1000多萬的美蓋勒針齒殼就可以加工出達到要求的針齒殼。
國內主要是打價格戰,做的東西沒那麼精細,很多細節問題做的不好,德國麥德勒公司主要生產:齒輪齒條,減速機,減速電機,聯軸器,鏈條鏈輪,軸承,漲緊套及緩衝器等
國內的RV減速機精度和穩定性方面還有很長的路要走,國內現在也有幾家企業已經量產,但是和進口的質量比起來還是有差距的,畢竟他們的技術積累時間久,經驗也比較豐富,加工設備也要先進一點,所以說一般都是用進口的。
誤差太多,穩定性不好。
號稱有自助研發的那個大公司產品根本沒法用。
只要作者不是日本寫手,上武漢精華減速機看看
請問專家們:中國現在有幾個是減速機專業的?????
大家不要幫小日本做宣傳了。應該鼓勵專業人做專業事。。。。
製造和加工工藝
製造精度不夠,強度也不夠,裡面的柔輪難弄
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