颠覆高设备投入生产模式 谁能另辟蹊径实现谐波减速器量产?

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GGII数据显示,2018年中国工业机器人减速器需求总量47.40万台,同比增长8.91%。从减速器类型来看,谐波减速器与RV减速器需求比例为1.23:1。

GGII预计,2019年中国工业机器人减速器的需求总量约为70万台,同时,随着工业机器人在一般工业领域的需求持续释放,包括小六轴、SCARA、协作机器人在内的轻负载、小型化工业机器人等的销量占比将同步上升,谐波减速器与RV减速器的需求比例将会继续增大。

觉知这一需求空间,我国谐波减速器生产企业数量在近两年快速增加,而实际上,大多企业还处于产品开发及试验阶段,在技术和品质没有稳定的情况下不敢贸然的量产。我国谐波减速器行业的生命周期尚处于成长期阶段。

事实上,实现量产并不是一件易事。因为国内生产高性能减速器的精密加工设备主要来自日本、瑞士等国外厂商,与此同时,更是牵扯出设计、材料、热处理、加工工艺、齿轮、轴承、密封、装配工艺、零件检测、成品检测等一系列瓶颈。

    1、高设备投入,交付期长

业内人士算过这样一笔账,在有一定技术积累的情况下,谐波减速器生产企业的设备费用大概占整体投入的80%左右,换句话说,生产谐波减速器大概需要5000万左右的设备投入才能实现小批量生产。

此外,设备的交付期同样制约着减速器厂商的生产。目前通用设备的交付期约为8-12个月,购买一些特殊设备则需要等待14个月甚至更长时间才能拿到货。

谐波减速器研发制造属于典型的高精密制造业,零件精度及结构设计将影响减速器的极高转速、极限负载等参数,而精度提升又十分依赖于生产设备的质量,量产则依赖于产线的数量。因此,每增加一条符合要求的生产线,都需要大量的资金投入和漫长的等待。

    2、温升高,精度失效快

目前,国内外的谐波减速器柔轮材料基本为40Cr合金钢,包括40CrMoNiA,40CrA,30CrMoNiA,38Cr2Mo2VA,其中40CrMoNiA与40CrA极为常用。刚轮则由于要迎合慢走丝加工工艺的要求放弃了传统的球墨铸铁,也采用了40Cr钢材系列。

但是,球墨铸铁作为刚轮的材料是行业公认的最佳拍档,因此使用40Cr此类钢材导致谐波减速器在实际应用中出现了一些问题,如钢材磨损快,以致精度失效快,初始精度一般仅能维持5-8个月;材料导热性能不足而导致温升高,高温下润滑脂从粘稠状变成液态,进而导致漏油现象;缺少了润滑脂的减速器在运转过程中摩擦力增大,这也成为了精度失效快的原因之一。

可以发现,HD几十年来使用的材料均为球墨铸铁,其产品寿命已获得长时间的验证,可以说,球墨铸铁系列是保证减速器寿命的最佳选择。

    3、加工工艺效率低,量产难

目前来看,HD运用其工艺已经可以实现一分钟加工两个工件,而国内的谐波减速器企业大部分还采用传统的慢走丝或滚齿、插齿工艺。

从加工工艺的实际效果来看,慢走丝加工精度较高,但是因其多次切割技术的应用,导致生产效率低。故而慢走丝工艺更适合运用在产品的打样阶段,而非批量化生产阶段。

这项工艺从初期看能够有所盈利,但是随着产能压力加大,唯有通过加大设备投入来提升产能,加上国外设备供货期太长阻力大,长此以往必将形成恶性循环,利润空间被不断压缩。

此外,慢走丝由于其工作原理而只能切割钢材,针对导电性能差的球墨铸铁则无法使用慢走丝加工,因此选择慢走丝加工唯有放弃使用球墨铸铁材料。这就意味着,选择慢走丝工艺加工出来的减速器埋下了寿命不长的隐患,这对于企业的长期发展是致命的。

相比于慢走丝,插齿工艺可以应对任何材料,包括钢材和球墨铸铁。在效率上提高了近10倍,在插齿工艺上添加附加装置,也可达到与慢走丝一样的精度。但受制于机床与刀具依赖进口、货期拉长等因素,已成为该类加工工艺的一大掣肘。哪家企业若能寻求到稳定的供应链或实现自给,将有望实现谐波减速器质与量的飞跃。

    如何颠覆?

目前,国产谐波减速器的市场认可度在提升,但是材料、设备、工艺三者相辅相成的问题无法解决,必将促使机器人企业对国产谐波减速器热情的消退。市场急需一个周全的方法,提高加工工艺水平,从而提高生产效率,同时保证精度,降低设备投入门槛,最终解决量产问题。

通过产学研结合,旭展精密持续进行技术迭代,利用3年时间研究球墨铸铁材料,并已实现国产化,也花了3年时间去改善热处理工艺,在弹性和耐磨性之间寻找平衡点。近期,旭展精密创新了加工工艺流程,在拉削和辊压的基础上,将整光+模切合二为一,最终颠覆了谐波减速器设备高投入模式。

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