短期内,我国精密减速器仍需依赖进口

于洋

高端装备制造、人工智能领域

  • 2019-01-22
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精密减速器是工业机器人最主要的核心零部件之一,是影响工业机器人稳定性等关键指标的重要原件。目前我国精密减速器主要依赖进口,国产自主技术仍有待突破。本文从主流精密减速器产品、精密减速器市场格局、国内外精密减速器技术差距等维度进行了分析。

  摘要:精密减速器是工业机器人最主要的核心零部件之一,是影响工业机器人稳定性等关键指标的重要元件。目前我国精密减速器主要依赖进口,国产自主技术仍有待突破。本文从主流精密减速器产品、精密减速器市场格局、国内外精密减速器技术差距等维度进行了分析。

  减速器成本占机器人成本的35%左右,是工业机器人生产的主要成本之一,也是制约机器人产业发展的关键因素。目前主流精密减速器包括RV减速器和谐波减速器,我国精密减速器产品短期内仍主要依赖进口。

  RV减速器和谐波减速器是主流的精密减速器

  RV减速器和谐波减速器是现阶段工业机器人精密减速器的主流产品,二者合计占有全球工业机器人减速器市场份额的80%。其中RV减速器具有较大的传动比、较高的传动效率、较大的刚性、较高的可靠性,能够为工业机器人本体提供较高的运动精度,能够在工作运行中保持较小回差、保持较低振动。在目前已有的关节机器人产品中,RV减速器主要安装在机座等高负载位置,RV减速器价格贵、制造难,我国目前主要依赖进口;谐波减速器相较RV减速器尺寸更小、所需零件较少,本身具有较高的传动比及传动效率,通常用在关节机器人的手部或腕部。

  日系品牌主导精密减速器市场,短期内中国市场仍需依赖进口

  从全球精密减速器市场来看,日系品牌哈默纳科和纳博特斯克垄断了近75%的市场份额,其中纳博特斯克生产的RV减速器,约占60%的份额,哈默纳科生产的谐波减速器,约占15%的份额,ABB、Yaskawa、KUKA、FANUC等国际主流机器人整机厂商均由以上两家日本公司提供精密减速器。

  从国内市场现状来看,我国2017年工业机器人减速器需求近18万台。其中,国产品牌所占国内市场份额约为20%,外资品牌市场份额约80%。从国内市场发展趋势来看,近五年来进口精密减速器占国内工业机器人减速器总销量的比重呈现逐年下降趋势,国产精密减速器占国内工业机器人减速器总销量的比重逐年趋增。造成这一现象的主要原因如下:一是,国内工业机器人整机厂商通过进口获取精密减速器的价格较高,通常是ABB、Yaskawa、KUKA、FANUC等国际主流机器人整机厂商所支付价格的数倍,处于成本收益角度的考量,国内机器人整机厂商不得不选择国产精密减速器;二是,国内工业机器人产量逐年趋增,近五年CAGR高达15.11%,高速增长的工业机器人产量拉升了精密减速器的市场需求,如此巨大的市场需求需要较高的精密减速器生产能力及较短的供货周期来满足,现阶段日系品牌减速器出现明显的供货周期延后,最长供货周期超6个月,其中日本纳博特斯克的精密减速器供货周期已经从以前的2-3个月延长到现在的4-6个月,国内机器人整机厂商为满足工业机器人市场需求,转而选择国产品牌;三是,近年来国产精密减速器技术不断成熟,国产机器人整机厂商开始越来越多的采购国产精密减速器产品,其中南通振康分别与埃夫特、上海欢颜分别签订了涉及3000台、15000台RV减速器的销售订单,双环传动与埃夫特签署了战略合作协议,约定埃夫特将在双环传动采购10000台RV减速器,伯朗特与中大力德签订迄今为止最大的RV减速器战略框架合同,约定在2019年12月前采购不低于30000台RV减速器。从国内精密减速器现状及发展趋势来判断,国产精密减速器发展将持续向好,但短期内我国精密减速器产品仍需依赖进口。

图 1 中国工业机器人减速器国产及外资品牌变化情况

(资料来源:公开数据整理)

  国内外精密减速器技术仍存在差距

  原材料及热处理工艺制约国产谐波减速器发展。谐波减速器主要由柔轮、波发生器、刚轮、轴承四部分构成,由于柔轮减速传动过程中需要承担较大的交变负荷,为避免出现损坏,对于制作柔轮所需材料的抗疲劳度、加工和热处理工艺均有十分严苛的要求,因此柔轮成型工艺是谐波减速器生产中最大的技术难点。现阶段我国谐波减速器相关工艺及技术已经有显著突破,国产谐波减速器质量提升明显,国有品牌市场竞争力提升迅速,其中苏州绿的在2017年所生产的谐波减速器销量仅次于哈默纳科。未来随着我国轴承生产技术的提升,国产谐波减速器在精度、寿命、可靠性等方面与国外先进产品的差距将不断缩小。

  磨损快、精度保持性差、寿命短是制约国产RV减速器发展的主要因素。目前国内已有加工方式的表面质量不能达标,加之国内主要RV减速器生产商目前还缺少能够有效提高RV减速器关键部件耐磨性的应对方式,由于RV减速器只能采用油脂润滑方式,所以连续运转后产生的热量短时间难以传散。由于曲拐轴承滚针具有较高的自转转速,在此过程中产生大量热能,如果难以及时散热,滚针轴承寿命将显著缩短。

  国产RV减速器关键零部件的加工精度有待提升。从RV减速器结构来看,第一级渐开线行星齿轮传动与第二级少齿差摆线针轮行星传动共同安装在同一个针齿壳内,为超静定结构,多个零件的相关尺寸互相关联,且机器人运行过程中对于传动误差有着极高的要求,因此对RV关键零部件(如摆线轮、针齿壳、曲柄轴、支撑盘等)的加工精度要求十分严苛,通常需要达到微米级。目前我国通过进口的高精度通用加工和检测设备单价昂贵,价位通常在千万元以上,较高的购置成本使得很多国内企业无法购买相应设备,而且进口高精度通用加工和检测设备加的工效率相对较低,目前尚且无法完全满足国内厂商批量生产的要求。

  结语

  精密加速器是影响我国工业机器人产业发展的关键零部件,虽然近年来我国精密加速器相关技术突破显著,但短期内我国精密减速器仍需依赖进口。未来在工业机器人需求趋增、国内技术不断发展、国外产品供货周期过长的背景下,国产精密减速器或迎来良好的发展契机。

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