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市场庞大,但研发方向出错,减速器国产化何时能实现?

    工业机器人有三大核心技术,也就是三大核心零部件的关键技术:控制器(控制技术)、减速器、机器人专用伺服电机及其控制技术。其中,精密减速器作为工业机器人重要的核心零部件,一直是业内奋力追赶的重要方向。
    减速器在国内的潜在市场规模
    据调研资料显示,在全球范围内,机器人行业应用的精密减速机可分为 RV 减速机、谐波减速机和 SPINEA 减速机,三者的市场销售数量占比约为 40%、40%、20%。
    其中,RV减速器和谐波减速器是工业机器人最主流的精密减速器。
    RV减速器:传动比大、传动效率高、运动精度高、回差小、低振动、刚性大和高可靠性等特点。在关节型机器人中,一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置。
    谐波减速器:传动比大、外形轮廓小、零件数目少且传动效率高。在关节型机器人中,谐波减速器一般放置在小臂、腕部或手部。
    据估计,到2020年中国每年需要消耗190000台机器人,到2020年实现机器人国产市场份额达50%(95000 台),2025年实现机器人国产市场份额超70%。在未来五年,这将为中国制造商提供超过740亿美元的机器人及相关服务潜在市场。
    随着我国工业机器人应用市场的快速发展,工业机器人用减速器市场需求规模也随之增长。一般情况下,一台工业机器人需要的减速器个数为4-6台。随着未来工业机器人的发展,某产业研究中心预测到2020年我国工业机器人减速器市场规模将超过40亿元,未来五年复合增长率约为30%。
    据行业人士介绍,一台精密减速器,四大国际巨头的采购价为3万元~5万元,卖给国内关系好的客户约7万元,关系一般的普通客户约12万元,内资企业采购精密减速器的成本比国际巨头贵一倍还多,可见其中的利润差别有多大。
    减速器在国内的市场现状
    长期以来,精密减速器技术一直由美国、德国、日本、捷克等国家掌控,其中世界75%的精密减速器市场被日本的哈默纳科和纳博特斯克占领,纳博特斯克生产RV减速器,约占60%的份额,哈默纳科生产谐波减速器,约占15%的份额。
    从成本上来说,目前全球机器人成本的成本构成,35%左右是减速器,20%左右是伺服电机,15%是控制系统,机械加工本体可能只占15%左右,其他的部分主要就是应用。可以看出,减速器是制约机器人产业发展的关键因素。目前中国机器人的核心技术上还缺乏整体的突破,导致我国高端装备制造领域机器人产业发展缓慢,只能依靠进口RV减速器。
    关键部件进口比较高,就会导致国内制造机器人成本高。特别是减速器,国内企业购买减速器的价格是国外企业价格的数倍。这样国产机器人难以形成价格优势,只有年产量上500-1000台,才有一定的规模效应。因此,中国如果想要形成机器人产业化,在机器人领域赢得自主,必须要将减速器国产化加速提升日程。
    国内RV减速器的差距
    RV减速器的核心难点在于各项工艺的密切配合:
    •  齿面热处理,这是输入条件,粗加工精度下的应力残留,在热处理的时候表面的刚度强度要一致;
    •  加工精度,热处理表面外硬内软,加工去除量不同,造成露出部分的性能的方差是关键;
    •  零件对称性,不同零件在不同角度下要一致;
    •  成组技术:如何进行相互配合;
    •  装配精度:高精密的装配;
    •  以上公差总的分配带来的结果是磨损和寿命。
    动力方面:
    •  仿真难点:在建模完成动力学的多体动力学仿真之后,才可能知道各阶振动的情况;
    •  非线性特征,造成差异巨大,一旦存在共振点在工作点附近,则受影响;
    •  与系统集成发生耦合,集成后的机器人的运行点(额定转速)作为激振频率,会造成部件损毁,系统运行的范围往往是连续调速,6轴机器人总有1个轴可能会在额定点20%附近,需要经过良好的设计和实施;
    •  产品参数波动大,需要精密配合的系统,游隙/过盈配合如果发生偏差,则接触刚度/啮合刚度都会差几倍,刚度矩阵的巨大变化造成了固有频率的波动。
    寿命优化和迭代方面:
    •  一个稳定的车和一个振动的车,寿命可能差很多倍;
    •  有些材料的事情,不经历真实环境全生命周期测试是发现不了问题的,所以,必须要有一轮出现问题,然后再迭代设计的过程;
    •  目前机器人面临的问题看似是60%价格做不出来东西,90%价格做出来30%寿命的东西,其实寿命本身就是机械行业的水平的标志。
    RV减速器行业存在的管理问题
    国产减速器一直以来参考的对象都是横向的国内进口减速器某型号,从没听说过某减速器专门为某国产机器人深度定制。一个工业机器人,并不是只有减速器就足够了,更重要的是和伺服系统、运动控制系统的结合才能达到高精度和高稳定性,各家的技术都不一样,没听过国外的某家机器人说自己的减速器和别家可以通用。
    国产减速器参考对象是怎样性能更逼近国外品牌,而不是怎样更适合国产机器人。一旦方向错了,那么后续使用就需要机器人厂商与国产减速器厂商不断协调、磨合、再协调、再磨合,对于研发工程师来说,研发周期也确实给不了他这么长时间。所以在管理减速器研发、生产方面,应该有一个行业标准,研发出属于中国机器人自己使用的减速器。
    目前,工业机器人使用的大多数RV减速器来自日本品牌,其次是韩国和捷克。全世界由国际机器人制造公司如ABB、Fanuc和Kuka使用的精密减速器中,有近75%为日本公司制造。(自国际金属加工网)


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