工业机器人轴承的研究与应用

一、工业机器人轴承的研发
　　工业机器人轴承作为工业机器人的关键配套件之一，在我国还是一个薄弱环节。现有的轴承国家标准不能满足和指导工业机器人轴承的设计、生产和检验。为了突破这一瓶颈，我公司几年来，查阅了大量的相关资料，了解了国际上著名工业机器人轴承生产企业的相关产品和标准，经过反复的工艺试验，在取得大量实验数据的基础上，形成了自己的企业标准，在机器人轴承的设计理念、工艺原则、检验规范、产品技术标准等方面都获得了突破，走过了“引进——仿制——消化吸收——创新”的历程。
　　目前，洛阳维斯格轴承有限公司已成为国内唯一专业生产工业机器人轴承的企业。
　　那么，什么是工业机器人轴承呢?所谓工业机器人轴承，主要包括两大类用于工业机器人的轴承，一是等截面薄壁轴承，另一类是十字交叉圆柱滚子轴承。另外还有谐波减速器轴承、直线轴承、关节轴承等，但主要是前两种轴承。等截面薄壁轴承如图1所示，它是一个由七个开式系列，五个密封系列组成的薄壁轴承家族。开式系列有三种类型：径向接触型、角接触型和点接触型。
　　密封系列有二种类型：径向接触型和四点接触型。等截面薄壁轴承与普通轴承不同，该种轴承每个系列中横截面尺寸被设计为固定值：分别为0．1875X0．1875英寸、0．25X0．25英寸、0．3125X0．3125英寸、．375X0．375英寸、0．50XO．50英寸、0．75X0．75英寸和．OXl．0英寸：在同一个系列中横截面尺寸是不变的，它不随内径尺寸增大而增大，故称之为等截面薄壁轴承。使用大内孔、小横截面的薄壁轴承，可以用大直径的空心轴代替小直径的实心轴，使诸如：空气、光束、水管、电缆等可以通过空心轴的空间来提供，使设计更加简捷。
　　使用等截面薄壁轴承，可以节省空间，降低重量，显著降低摩擦，并提供良好的旋转精度。使主机的轻型化、小型化成为可能。图2所示的轴承是十字交叉圆柱滚子轴承。
      其结构特点是：圆柱滚子在轴承内外圆滚道内相互垂直交叉排列。单个轴承能同时承受径向力、双向轴向力与倾覆力矩的共同作用。轴承的承载能力大，刚性好，回转精度高，安装简便。交叉圆柱滚子轴承产品主要结构有：整体型、外圈分离型和内圈分离型。对于有防污染和防漏油需要的，可以在轴承两侧面安装密封圈。
 
　　上述这两种轴承以其独特的轻型结构与良好的性能，可简化设计，节省空间，在机器人关节和旋转单元、精密转台及航空航天等领域得到广泛应用。为使工业机器人轴承生产系列化，我们设计了工业机器人用等截面薄壁轴承样本、轻型十字交叉圆柱滚子轴承样本，制定了产品技术标准，并经专家论证、质量技术监督局备案，填补了国内空白。该技术标准与国际标准接轨。
　　经过多年的研制开发，公司现已拥有等截面薄壁轴承三大类型十二个系列产品，企业被认定为高新技术企业，2005年获洛阳市科技进步二等奖，2006年被国家科技部认定为国家火炬计划项目承担单位，当年获得国家创新型中小企业发展基金支持，分别于2004年、2007年通过了方圆认证中心、中国质量认证中,～IS09001：2000质量管理体系认证。
二、工业轴承机器人的应用
　　我公司生产维斯格品牌等截面薄壁轴承、十字交叉滚子轴承，现有生产能力2万套／年，主要销往北美、欧洲、韩国、新加坡和台湾等国家和地区，以优惠的价格、稳定的质量、快捷的交货期受到用户的好评和赞誉，六年来未发生过一起质量质疑和退货事件。经国家轴承检验中心检验，维斯格轴承与国外同类型、同规格、同精度等级轴承对比，总体水平相当，有些项目优于进口轴承，完全能够满足用户需要。
　　这些轴承出口主要用于机械手臂、半导体加工设备、玻璃研磨机、饮料灌装机、自动照相机等领域。在国内，公司近几年加大了市场开发力度，先后为中科院沈阳自动化所、电子科技集团石家庄54所、哈尔滨工业大学、上海大学、航天五院、上海华伟、浙江恒丰泰、昆山华恒等科研院所、高校、企业提供了用于科研、替代进口的等截面薄壁轴承和十字交叉圆柱滚子轴承，使用情况良好，订单有所增加。2002年5月，上海华伟立体印刷有限公司从日本引进一型号为TOKIC0700—146T的印染机器人，2005年底，该机器人因腰椎上使用的一套日本THKRB40035轴承损坏，停机修理。他们向日方订货，被告知要等很长时间、价格昂贵，而且维修配件将于数年后停止供货。他们在《机器人技术与应用》杂志上得知维斯格轴承的信息，随即向我公司求援。2006年初，我公司为其配套4套CRB40035／P5级轴承（图3），当即更换一套使机器恢复正常使用，该机24tJ～时连续运转，至今运行状态良好，用户很满意。
　　2007年5月，我们为昆山华恒工程技术中心有限公司研制的焊接机器人提供了三种十字交叉圆柱滚子轴承和两种密封薄壁轴承（图4），当年组装的名为昆山一号的焊接机器人经调试，动作平稳可靠，央视一套晚间新闻栏目曾做过报道。目前，又有两台焊接机器人也已组装完毕，正在与有关高校和科研单位通力合作完善软件部分。浙江恒丰泰减速器公司是一家民营企业，他们与鞍山耐磨金鞍山耐磨金属研究所合成与生产CORT精密减速机，主要用于机器人、遥控设备、航天仪装置及各种要求高精度传动的自动控制系统。该产品曾获得获得日内瓦世界发明与新技术展览会金奖以及中国国家发明奖，属于世界上最先进的精密机械传动设备，我公司为其配套精密减速器用等截面薄壁轴承。图5所示是我公司为国家重点科研项目多次提供的高精度、高可靠性的特种薄壁轴承。
三、点滴建议
　　目前我公司在国内市场的销售额占总销售额的比例不到10％，由此可见中国机器人市场发展前景巨大。日本自上世纪70年代第一次全球石油危机之后，为提高汽车产业在国际上的竞争力，用了15年时间，使日本的工业机器人超过了美国，成为世界上工业机器人生产和应用的“王国”。韩国于20世纪80年代末，用了10年时间形成了自己的工业机器人体系，目前韩国的汽车工业和电子行业大量应用本国机器人，并有整套的韩国汽车焊接机器人生产线进入中国。我国从20世纪80年代开始，连续投入数亿元资金，花了近20年的时间，但至今连一个能批量生产具有中国自主知识产权的工业机器人企业都没有建立，差距很大。我们在机器人产业领域内为何发展这么慢?有识之士指出：主要是由于过于学术化，没有形成生产能力。我们喊了若干年的“产、学、研”相结合的口号还只是停留在口头上，没有落实到行动上。坐而论道，成效甚微。瓣全国科技大会明确指出，企业在科技创新中应起到主体作用，这是用20年落后的代价换来的一条经验和教训。
　　需要指出的是，企业是主体而不是主导，更不能单打独斗。我们科技创新的体制应该是：企业在科技创新这一历史性的工程中，应该是脊梁、是躯体；高校和科研院所则是神经和血脉；国家的主管部门是大脑和灵魂，起主导作用，引导产学研各单位协同作战，有效工作，这样才能组成一个有强大生命力的整体。个人认为，国家应认真研究并制定政策，采取措施，解决“重复引进，不断引进”这一痼疾，走出“引进—落后——再引进——再落后”这一历史怪圈，摈弃“以引进为荣，以使用国产设备为耻”的错误观念，克服在“引进——消化——吸收——再创新”中的“自我封闭、自我封锁、夜郎自大”的种种弊端，提倡甚至硬性规定企业要给国产的创新产品提供平台，在税收上给与优惠待遇。例如，我们可以对一些需求量大而又依赖进口的设备、产品举行科技竞标，由政府资助、企业出力、产学研合力攻关。这样国家就可以逐步减少产品的进口。
　　在今后的引进中，我们敢不敢、能不能说：“我就引进这一套，不会进口第二套，第二套必然是国产!”这是一个民族自强、自立、自信的精神体现，我期盼着这一天的到来，期盼着一批拥有中国自主知识权的工业机器人企业建立并发展，在世界工业机器人舞台上占有一席之地。
 
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                                                                                          编辑：陈东