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一文熟悉人形機器人運動控制之魂:滾珠絲杠&行星滾柱絲杠

時間:2024-06-11 10:54:49來源: 焉知人形機器人

導語:?直線傳動是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動、或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動的一種機械傳動方式。直線傳動有多種方式,如皮帶傳動、鏈傳動、液壓傳動、絲杠傳動、氣動傳動、電磁傳動等。

  直線傳動是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動、或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動的一種機械傳動方式。直線傳動有多種方式,如皮帶傳動、鏈傳動、液壓傳動、絲杠傳動、氣動傳動、電磁傳動等,其中絲杠傳動因其獨特的優(yōu)勢,幾乎涉及到所有需要精確直線運動控制的場合,典型應用場景包括汽車、機床、半導體設備、醫(yī)療設備、機器人和航空航天等。

  什么是絲杠

  絲杠是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動、或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品,是工具機械和精密機械上最常用的傳動元件,其優(yōu)勢在于高速運動下保證定位精準,由于摩擦力較低,其傳動效率可達 90%。

  絲杠由螺母和螺桿/絲杠組成,螺桿是絲杠機構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)部件,通常為圓柱形,外表面有螺旋狀的螺紋;螺母是絲杠機構(gòu)中的直線運動部件,其內(nèi)表面與螺桿的螺紋相匹配。

  工作原理:當螺桿作為主動旋轉(zhuǎn)體時,螺母就會隨螺桿的轉(zhuǎn)動角度按照對應規(guī)格的導程將螺桿的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動,參與做功的工件可以通過與螺母連接,從而實現(xiàn)對應的直運動。螺桿的旋轉(zhuǎn)角度與螺母的直線移動量成正比,比例關系由螺桿的導程(螺紋的螺距)決定。反之,如果螺母作為主動件移動,也可以使螺桿旋轉(zhuǎn),這樣直線運動就被轉(zhuǎn)換成了旋轉(zhuǎn)運動。

  絲杠分類

  按其摩擦特性,絲杠可分為三類:滑動絲杠、滾動絲杠及靜壓絲杠。

滾珠絲桿

  來源:萬捷傳動,柯浩《行星滾柱絲杠傳動精度分析與設計》

  1)滑動絲杠是最普通的絲杠機械,牙型多為梯形,又稱梯形螺紋絲杠。它沒有滾動體,靠滑動摩擦傳遞推力,結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,具有自鎖性,在機床上應用廣泛。它連續(xù)工作發(fā)熱嚴重,傳動效率較低(30-50%)。

  2)按照滾動體的不同,滾動絲杠可進一步劃分為滾珠絲杠和行星滾柱絲杠兩類,下文將重點講述這兩類絲杠。

  3)靜壓絲杠需要增加一套供油/氣系統(tǒng),通過在螺母和螺桿之間形成一層流體膜來實現(xiàn)無接觸或近乎無接觸的運動,大幅減少了摩擦和磨損,可以達到極高的定位精度,但其工藝復雜,加工非常困難,成本較高,應用較少。

 

滾珠絲杠

  來源:南京工藝

  精度是衡量滾珠絲杠性能的關鍵指標之一,高精度的滾珠絲杠可以提供更精確的定位和重復定位能力。根據(jù) ISO(International Organization for Standardization 國際標準化組織)、DIN(Deutsche Industrie Norm 德國工業(yè)標準)以及 JIS(Japanese Industrial Standards 日本工業(yè)標準)規(guī)定,行星滾柱絲杠和滾珠絲杠的精度等級劃分大致相同,主要都是通過絲杠任意 300mm 長度的導程誤差(V_300)分類。其中,ISO 將精度等級劃分為 C0、C1、C3、C5、C7、C10,DIN 將精度等級劃分為 C1、C3、C5、C7、C10,除 C0 外,ISO 與 DIN 等級劃分基本相同。部分歐美企業(yè)采用字母 G 區(qū)分精度等級,但含義與 ISO 的等級一一對應。國內(nèi)滾珠絲杠的精度等級分為 7 類(P1、P2、P3、P4、P5、T7、T10),1-10 精度依次遞減,即數(shù)字越小代表精度越高。

  普通機械大多采用軋制的制作方式,對應 C7 和 C10 精度等級;在對精度要求較高的應用場景中,常采用磨制的方式,對應精度區(qū)間為 C0-C5。

  精度要求低:智能家居、電動工具、汽車等消費類工具對絲杠的精度要求較低,目前主要使用梯形絲杠和中低端滾珠絲杠。其中,汽車動力轉(zhuǎn)向器、線性制動器精度要求 C6-C8、C5-C8。

  精度要求高:工業(yè)機械設備對精度有一定要求,不同類型設備對精度的要求不同。一般來說,通用機械或普通數(shù)控機械選 C7(任意 300 行程內(nèi)定位誤差±0.05)或以下,高精度數(shù)控機械選 C5(±0.018)以上 C3(±0.008)以下,光學或檢測機械選 C3 以上。機器人機械手臂(精密級)精度要求在 C1-C4 級,機床高精度磨床要求在C0-C2 級。

  絲杠技術壁壘

  生產(chǎn)高精度絲杠主要有三大壁壘:原材料、工藝流程、生產(chǎn)設備

  1、原材料

  材料是絲杠的制備基礎,絲杠對原材料要求嚴苛。絲杠在反復運動過程中會受到連續(xù)振動、沖擊和摩擦,因此對于材料的強度、剛性、耐磨性、耐腐蝕性、抗疲勞性、承載力等一定要求,普通的金屬材料無法滿足需求,通常需要特種金屬材料來進行制備。根據(jù)博特精工官網(wǎng),絲杠材料根據(jù)不同工作環(huán)境、精度、負載等要求,所采用的材料也存在區(qū)別,常見材料包括滲碳鋼、硬化不銹鋼、非合金(碳素)結(jié)構(gòu)鋼(如 45、50 鋼)、低合金工具鋼、軸承鋼等,稀有元素 Cr/Mo 的元素配比及加工工藝等因素影響材料的穩(wěn)定性、熔點和剛度等性能。

  原材料質(zhì)量欠佳和后續(xù)熱加工工藝不當為國內(nèi)絲杠較進口絲杠性能存在差距的原因之一。國外絲杠與國產(chǎn)絲杠均采用加入了 Mo 元素的優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼,但是國產(chǎn) Cr/Mo 鋼滾珠絲杠的性能與國外進口絲杠仍存在一定的差距。根據(jù)《國產(chǎn) Cr/Mo 鋼滾珠絲杠與國外同類產(chǎn)品的質(zhì)量分析》,國產(chǎn)絲杠存在的帶狀偏析組織是造成其使用性能不佳的重要原因。帶狀組織具有顯著的方向性是脆弱的部位,容易造成在變形過程中的應力集中,甚至出現(xiàn)裂紋;帶狀組織還會降低鋼的力學性能、切削性能和淬透性,使零件淬火變形傾向增大,強韌性降低。

  2、工藝流程

  工藝經(jīng)驗是機械部件中無形但十分重要的部分,由于絲杠的加工流程冗長而復雜,原材料的配方、熱處理的溫濕度、機床的參數(shù)調(diào)整等諸多因素均會對最終絲杠的性能造成影響,絲杠制造廠商需要較長時間的積累才能掌握全部工藝,并且應用和反饋中不斷迭代和優(yōu)化。從全球來看,目前海外高端絲杠的領先企業(yè)均有悠久的歷史和長期的積累。

  絲杠軸的加工技術分為冷軋和研磨兩種,冷軋法的退火工藝和研磨法的螺紋切割為加工難點。冷軋效率高、精度低,螺紋一次成型,無需后續(xù)的切削加工,可以批量制造,成本較低,通常精度等級在C9至C5。研磨效率低、精度高,首先通過切削加工形成粗螺紋,然后通過精密研磨工藝提高螺紋的精度,工藝復雜,交貨期較長,成本較高,市面上可實現(xiàn) C9至C0的精度跨度。

  此外,在工藝流程中,熱處理也同樣是核心要素,熱處理可以改善絲杠的材料性能、切割性能等。技術設備的落后、熱處理工藝參數(shù)不到位會導致熱處理結(jié)果變差,熱處理后變形較大,進而影響行星滾柱絲杠的壽命。

  3、生產(chǎn)設備

  設備決定絲杠的加工精度和效率,磨床是絲杠加工的核心技術壁壘,其精度直接決定絲杠精度。磨床通過其高度精密的磨削技術,能夠確保絲杠具有一致的螺紋形狀和尺寸,從而提供可靠的性能和穩(wěn)定的運動控制。磨床的精度直接影響著絲杠的軸向精度、徑向精度以及整體的運動平穩(wěn)性。精準的磨床工藝能夠確保絲杠的每個螺紋都具有高度一致的規(guī)格,防止誤差和振動,從而提高了系統(tǒng)的可靠性和工作精度,因而磨床其高精度的加工能力直接決定了絲杠最終的性能和質(zhì)量。

  國內(nèi)制造高精度磨床的廠家較少,且在精度、穩(wěn)定性等方面和世界頂尖設備有差距,根據(jù) GGII,目前國產(chǎn)磨床可以滿足 C3-C4 精度的中端絲杠加工,但批量加工高端絲杠(C0-C2)時,存在出品不穩(wěn)定現(xiàn)象。而進口設備非常昂貴且交期較長,日本三井的高精度螺紋磨床價格超過 1000 萬元。除了磨床,國內(nèi)旋風銑設備基本依賴進口,熱處理設備、校直設備與進口相比仍有較大差距,基本依賴進口。

  滾珠絲杠

  滾珠絲杠,又名滾珠絲杠副,適用于精密傳動,產(chǎn)生點接觸滾動摩擦,與滑動絲杠相比摩擦力小、傳動效率高、精度高。

  滾珠絲杠主要結(jié)構(gòu)包括滾珠絲杠、滾珠螺母、滾珠三部分。滾珠絲杠軸為螺母運動的導向軸,其表面具有螺紋,滾珠在螺紋內(nèi)運動;螺母由預壓片、反向器、防塵器等組成,是直線運動的移動體,帶動滾珠循環(huán)機制,此外其端部密封件用于封裝潤滑零件、防止異物進入;滾珠是利用低摩擦系數(shù)維持整個零部件運轉(zhuǎn)的媒介,根據(jù)關注循環(huán)方式又分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。

滾珠絲杠

滾珠絲杠三部分結(jié)構(gòu),來源:華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院

  滾珠的內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)分別適配不同的場景。從結(jié)構(gòu)特點來看,外循環(huán)形式的滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后,將通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回螺母并重新進入循環(huán),工藝相對簡單,易于制造和維護,徑向尺寸較大,負載大,適用于高承載傳動系統(tǒng),如重型機械、某些工業(yè)自動化設備等。內(nèi)循環(huán)形式的滾珠始終在螺母內(nèi)部,其通過反向器實現(xiàn)滾珠的單一封閉式循環(huán),工藝復雜,徑向結(jié)構(gòu)緊湊,具有更高的運動效率和定位精度,適用于高精度、高效率、高可靠性、中低速場景,如機床、汽車飛機部件運動控制等。

滾珠絲杠

左圖:外循環(huán)示意圖;右圖:內(nèi)循環(huán)示意圖。來源:諾和精工


  行星滾柱絲杠

  行星滾柱絲杠依托絲桿和滾柱的旋轉(zhuǎn)帶動螺母做直線運動。行星滾柱絲杠的結(jié)構(gòu)與滾珠絲杠較為類似,包括絲杠、行星滾柱、保持架、內(nèi)齒輪和螺母等,其中滾動元件為行星滾柱而非滾珠絲杠中的滾珠。

  行星滾柱絲杠的工作原理與太陽系中行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的模式相似,其中絲桿相當于太陽,行星滾柱相當于行星,而螺母則相當于太陽系中的軌道。絲桿主動旋轉(zhuǎn)帶動滾柱繞絲桿軸向公轉(zhuǎn)同時繞自身軸線自轉(zhuǎn),從而帶動螺母做軸向直線運動。行星滾柱絲杠通過嚙合滾柱產(chǎn)生線接觸滾動摩擦,大幅增加絲杠傳動過程的接觸面和受力面,與以往用于精密傳動的滾珠絲杠相比,在傳動效率損失不大的前提下,又同時具備了高轉(zhuǎn)速、高載荷、高剛度、高范圍導程以及更小體積、更低噪音、更方便維護拆卸等特點。

行星滾柱絲杠

行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)圖,來源:鄧琦《行星滾柱絲杠電動缸應用現(xiàn)狀》

  行星滾柱絲杠相比滾珠絲杠的性能更優(yōu)。滾珠絲杠載荷傳遞元件為滾珠,是點接觸;而行星滾柱絲杠載荷傳遞元件為螺紋滾柱,是線接觸。因此,行星滾柱絲杠具有高負載、耐沖擊、體積小、高速等優(yōu)點,目前已經(jīng)在航空航天、武器裝備、核動力等全球高精尖領域運用,同時在機床、精密機器人、汽車 ABS 系統(tǒng)、石油化工等民用場景下也存在廣泛的應用需求。

  優(yōu)勢一:承載能力及壽命更強

  高承載能力:由于行星滾柱絲杠采用線接觸,與滾珠絲杠的點接觸相比,能夠在相同條件下提供更高的承載能力。

  高剛度與抗沖擊能力:行星滾柱絲杠的設計提供了更高的剛度,同時保持了良好的抗沖擊性能。

  長壽命:根據(jù)赫茲壓力定律,行星滾柱絲杠的壽命可達到滾珠絲杠的15倍,這意味著在相同工況下,行星滾柱絲杠的維護周期更長,可靠性更高。

  優(yōu)勢二:導程和節(jié)距靈活,體積小,節(jié)省空間

  靈活的導程和節(jié)距:行星滾柱絲杠可以設計出更小的導程,且導程可以是整數(shù)或小數(shù),提供更精細的控制。

  節(jié)省空間:在提供相同負載的情況下,行星滾柱絲杠的體積更小,有助于減少機械設備的總體尺寸,使得設計更為緊湊。

  優(yōu)勢三:速度和加速度更高

  高旋轉(zhuǎn)速度和加速度:由于滾柱的非循環(huán)式設計,行星滾柱絲杠可以實現(xiàn)更高的旋轉(zhuǎn)速度和加速度,這對于需要快速響應的系統(tǒng)非常重要。

  高線速度和高輸入轉(zhuǎn)速:行星滾柱絲杠可以達到更高的線速度(最高2000mm/s)和輸入旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(可達5000rpm或更高),滿足高速運行的需求。

  盡管行星滾柱絲杠具有上述優(yōu)勢,它們的制造成本通常也更高,并且技術壁壘較滾珠絲杠更大。因此,在選擇使用行星滾柱絲杠還是滾珠絲杠時,需要根據(jù)具體的應用需求、成本預算和維護能力進行綜合考量。

  滾珠絲杠分類:根據(jù)行星滾柱絲杠的結(jié)構(gòu)組成以及運動關系的不同,行星滾柱絲杠可分為標準式、反向式、循環(huán)式、差動式和軸承式五種。

  1)標準式:也稱為非循環(huán)滾柱絲杠,絲杠通常作為動力輸入端,只繞自身軸線轉(zhuǎn)動;螺母通常與負載連接,只沿自身軸線移動;滾柱在絲杠的作用下在螺母和絲杠之間做行星運動和軸向移動;內(nèi)齒圈固連在螺母上,滾柱端齒與內(nèi)齒圈嚙合保證滾柱在螺母上為滾動,滾柱與螺母相對軸向位移為零,與螺母一起沿軸向移動。

  2)反向式:螺母和螺釘?shù)墓δ芊崔D(zhuǎn),結(jié)構(gòu)更緊湊,適用于小行程、需要一體化設計工作場景。工作原理與標準滾柱絲杠相同,螺母和螺釘?shù)墓δ芟鄬L柱相反。滾子在螺母內(nèi)軸向移動,螺母被拉長以允許傳動軸的全行程,以較小的導程實現(xiàn)更高的額定負載,空間利用率高,但行程受螺母螺紋長度限制。目前特斯拉 Optimus 采取的正是反向式行星滾柱絲杠。

  3)循環(huán)式:循環(huán)滾柱設計,適用于高精度,中低速運行工作場景。循環(huán)式滾柱絲杠的滾柱在螺母內(nèi)軸向移動,直到繞杠絲旋轉(zhuǎn)一圈后返回原來的位置。由于最小螺距與循環(huán)滾柱設計,可以實現(xiàn)非常高的定位精度、分辨率與極高的負載力。

  4)差動式:具備差動運動特點,導程更小,適用于傳動較大、負載較高的工作場景。差動式行星滾柱絲杠采用分段環(huán)槽結(jié)構(gòu),具備差動運動,可以獲得比一般行星滾柱絲杠更小的導程與更大的減速比,且因其緊湊的結(jié)構(gòu)可以使機電作動器具有更高的功率體積比和功率質(zhì)量比。

  5)軸承環(huán)式:結(jié)構(gòu)復雜,制造成本較高,適用于承載能力要求極高的工作場景。增加滾子軸承、端蓋、殼體等部件,承載能力大,在高負載的情況下,大大減少磨損率,但其結(jié)構(gòu)復雜,制造成本高。

  反向式行星滾柱絲杠與標準式行星滾柱絲杠的差別在于螺母作為動力輸入構(gòu)件,繞自身軸線旋轉(zhuǎn),絲杠作為執(zhí)行部件,沿軸向移動;絲杠兩端增加齒輪替代內(nèi)齒圈與滾柱端齒嚙合,保證滾柱在絲杠上為滾動,滾柱與絲杠沒有相對軸向位移,一起沿軸向移動。反向式行星滾柱絲杠的螺母為主動件,絲杠為輸出構(gòu)件,滾柱、絲杠之間無相對軸向位移,其主要用于中小負載、小行程和高速的應用場景,其最大的優(yōu)勢在于可將其螺母作為電機轉(zhuǎn)子實現(xiàn)電機和絲杠一體化設計,形成結(jié)構(gòu)緊湊的一體式機電作動器。這種設計確實帶來了額外的工程挑戰(zhàn),最大難點在于螺母內(nèi)螺紋加工。普通式是螺桿固定,螺母運動;反轉(zhuǎn)式是固定螺母,螺桿運動。由于反轉(zhuǎn)式的螺母長度遠遠高于普通式,如何在如此高長度的螺母內(nèi)加工螺紋是難點,需要精密的機械加工技術和高質(zhì)量的控制。

  

行星滾柱絲杠

 

左圖:標準式行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu);右圖:反向式行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)來源:《行星滾柱絲杠傳動精度分析與設計》柯浩、《行星滾柱絲杠設計》王家健

  行星滾柱絲杠是人形機器人“肢體”的核心組成部分,可以廣泛應用于機器人的手臂、腿部以及靈巧手等多個方面,為機器人提供精確的線性運動控制。特斯拉人形機器人 Optimus 軀干共使用 14 個旋轉(zhuǎn)關節(jié)、14 個直線關節(jié)、以及手部的 12 個空心杯關節(jié),其中直線關節(jié)部分采用了14個反向式行星滾柱絲杠(肘部 2 個,腕部 4 個,腿部 8 個),這些絲杠分為500N、3900N、8000N三種規(guī)格,以適應不同關節(jié)的承載需求。

行星滾柱絲杠

Optimus直線關節(jié)絲杠,來源:特斯拉機器人2022AI Day


  特斯拉在其人形機器人Optimus中使用反向/反轉(zhuǎn)式行星滾柱絲杠,可能是基于其在性能上的優(yōu)勢,尤其是在承載能力和剛度方面。但不排除對承載力要求更低的人形機器人采用成本更低的滾珠絲杠。

  絲杠典型應用場景及市場分布

  絲杠在不同行業(yè)中的廣泛應用和市場需求,以下是對新能源汽車、機床、人形機器人應用場景的進一步闡述:

  1、新能源汽車中的應用:隨著汽車電動化和智能化發(fā)展,絲杠在汽車領域的應用不斷加深,如汽車輪邊線控剎車系統(tǒng)(EMB)、后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(iRWS)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW)、懸掛系統(tǒng)等,以及對汽車部件的調(diào)節(jié)控制裝置。

  2、機床行業(yè)中的應用:絲杠是機床標準核心零部件之一,機床包含旋轉(zhuǎn)軸和直線軸,直線軸由絲杠和導軌組成,實現(xiàn)工件的精確定位和移動。傳統(tǒng)機床主要采用梯形絲杠/滑動絲杠,數(shù)控機床是在傳統(tǒng)機床的基礎上,加入數(shù)字化控制系統(tǒng),對傳動工件的精度要求更高,目前多采用滾珠絲杠。全球機床廠供應鏈中主軸、擺頭、轉(zhuǎn)臺等功能部件多數(shù)機床廠出于定制化或差異化考慮傾向于自產(chǎn)自制,但滾動功能部件基本全部外采,伴隨機床產(chǎn)業(yè)升級滾動功能部件需求持續(xù)增長的確定性較強。

  3、人形機器人中的應用:人形機器人的執(zhí)行器分為液壓機構(gòu)和電機機構(gòu)兩種方案。液壓機構(gòu)雖然性能較好,但成本和維護成本較高,目前使用較少。電機方案是當前的主流選擇,行星滾柱絲杠承載力強,是人形機器人線性執(zhí)行器的核心部件,用于實現(xiàn)機器人關節(jié)的精確控制。海外的特斯拉、德國慕尼黑大學的 LOLA 機器人,國內(nèi)理工華匯、開普勒采用了這一技術路線。

  對滾珠絲杠而言,從全球市場看,日本和歐洲滾珠絲桿企業(yè)占約70% 的市場份額,CR5 約占市場份額46%,亞太是主要應用區(qū)域,市場份額為 49.46%(智研咨詢數(shù)據(jù)),主要滾珠絲杠廠商有日本企業(yè) NSK、THK,德國博世力士樂、舍弗勒,瑞典 Ewellix等。國內(nèi)滾動部件制造廠商眾多,但產(chǎn)品集中于中低端市場,工藝水平較國外存在差距,國內(nèi)廠商包括中國臺灣的 HIWIN、銀泰等,以及中國大陸的南京工藝、秦川機床等。單看中國市場,根據(jù)金屬加工公眾號信息,國內(nèi)滾動功能部件的高端市場,日本、歐洲企業(yè)合計市場份額高達 90%,中國大陸、中國臺灣企業(yè)市場份額各約5%,高端市場格局相對集中;在國內(nèi)滾動功能部件的中低端市場,中國大陸廠商的市場份額約 30%。

  對行星滾柱絲杠而言,目前國內(nèi)行星滾柱絲杠市場主要被國外廠商占據(jù),國外龍頭制造商瑞士Rollvis、瑞士GSA和瑞典Ewellix的市場份額占比分別為26%、26%、14%。國內(nèi)企業(yè)在行星滾柱絲杠的核心技術方面與國外企業(yè)存在一定差距,但在導程精度、最大動載荷、最大靜載荷等性能方面正在逐步追趕,國內(nèi)行星滾柱絲杠廠商合計市場份額占比為19%。

  國外絲杠典型企業(yè)

  1、舍弗勒

舍弗勒的滾珠絲杠和行星滾柱絲杠產(chǎn)品廣泛應用于汽車、半導體、工業(yè)機器人及自動化、石化等多個領域。

  舍弗勒集團利用其模具制造部門的精密機械加工能力,于2009年開始批量生產(chǎn)滾柱絲杠驅(qū)動產(chǎn)品,這標志著公司在底盤領域發(fā)展新方向的開始。滾柱絲杠已成為許多底盤應用的重要組成部分。

  2022年,舍弗勒集團收購了Ewellix公司,這是一家全球領先的驅(qū)動和線性運動解決方案制造商和供應商。Ewellix的加入為舍弗勒行星滾柱絲杠部門增添了重要動力,使其擁有了兼顧各種性能和規(guī)格的較完備滾柱絲杠產(chǎn)品矩陣。

  2、SKF(斯凱孚)

于1907 年在瑞典哥德堡創(chuàng)立,當前在全球軸承制造與創(chuàng)新領域居全球領先地位,在致力于軸承、密封件和潤滑系統(tǒng)的開發(fā)、設計和制造的同時,提供機器狀態(tài)評估、可靠性工程設計和再制造服務,為客戶提供全生態(tài)一站式服務。

  目前 SKF 絲杠系列產(chǎn)品主要包括精密軋制滾珠絲杠、研磨滾珠絲杠和滾柱絲杠。

  3、NSK

成立于 1916 年,是日本首家也是日本最大的軸承制造商,NSK 利用生產(chǎn)軸承錘煉出的精密加工技術,開展工業(yè)機械軸承、精密機械及零部件以及汽車軸承和組件業(yè)務。

  在滾珠絲杠生產(chǎn)中,NSK 目前在全球市場占有率第二,研發(fā)水平與產(chǎn)品先進性居世界前沿。主要應用場景為機床、注塑機、普通機械,也有半導體及液晶的制造裝置等特殊工況。在研發(fā)與產(chǎn)品更新上,NSK 全球首創(chuàng)開發(fā)出用于 EV?混合動力汽車的能量回生協(xié)同制動系統(tǒng)用低摩擦力矩滾珠絲杠,研發(fā)出世界最大的高負載能力的超大型滾珠絲杠。

  4、THK

   成立于1971 年,2010 年開設中國研發(fā)中心。為世界首家通過滾動接觸開發(fā)直線運動方法的公司,也是成為世界上第一家開發(fā)了直線運動(LM)導軌并使之商業(yè)化的公司。目前是全球最大滾珠絲杠廠商。

  5、HIWIN

  創(chuàng)立于 1989 年,2009 年在中國臺灣證券交易所掛牌上市,目前已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)傳動控制產(chǎn)品與系統(tǒng)科技產(chǎn)品的專業(yè)制造者。HIWIN絲杠提供多種精度等級,滿足不同應用需求,精密等級以JIS C0-C7為主。

  6、Rexroth

   隸屬于博世力士樂集團,是一家主要生產(chǎn)液壓系統(tǒng)、減速機、電控技術以及機電一體化產(chǎn)品的大型工業(yè)品公司。在線性傳動技術領域,Rexroth 提供直線導軌、滾珠和滾柱絲杠、絲杠傳動裝置、電動缸和直線運動模組等產(chǎn)品,其滾柱絲杠產(chǎn)品是在近 10 年內(nèi)推出的新產(chǎn)品,采用軋制成型技術以滿足追求更高經(jīng)濟性的客戶需求,但在有高精度和高壽命要求的場景下無法使用。 主要產(chǎn)品是 PLSA 行星滾柱絲杠傳動系統(tǒng),也用于其生產(chǎn)的機電作動器,但產(chǎn)品可供選擇的直徑范圍較小,產(chǎn)品系列全面性相較于舍弗勒和 SKF 有一定差距。

  7、Moog

   成立于美國的慕格是全球精密運動控制系統(tǒng)的領先集成商,主要服務于航空航天、國防、工業(yè)生產(chǎn)領域。在工業(yè)機械方面,慕格可提供電機、伺服閥、電動靜壓泵裝置、絲杠等系列產(chǎn)品。其中,絲杠相關產(chǎn)品有滾珠絲杠、行星滾柱絲杠以及倒置滾柱絲杠,在生產(chǎn)和設計定制化高精度行星滾柱絲杠領域有超過三十年的經(jīng)驗。其提供多種直徑、多種截距、多種長度選擇,同時具有高負載、高啟動速度的行星滾柱絲杠。其生產(chǎn)的絲杠主要用于金屬成形與沖壓機械,尚未針對人形機器人等生產(chǎn)專用滾柱絲杠。

  國內(nèi)絲杠典型企業(yè)

  國內(nèi)目前的絲杠制造商體量偏小,產(chǎn)品主要以中低端為主。新競爭者紛紛入圍,行業(yè)有望進入高質(zhì)量發(fā)展階段。

  1、漢江機床

漢江機床是國家第三個五年計劃時期興建的三線建設重點工程之一,機械工業(yè)大型骨干企業(yè),國內(nèi)螺紋磨床主導企業(yè)。公司主營產(chǎn)品包括機床與滾動功能部件,滾動功能部件滾珠絲杠副、滾動直線導軌副、滾動導軌塊、滾珠花鍵、滾珠導套、精密十字工作臺、自鎖器、線性模組、精密滾柱交叉導軌副、精密滾針交叉導軌副等,具有 50 年的設計制造經(jīng)驗,擁有規(guī)格、數(shù)量、精度齊全的滾動功能部件加工設備 和行業(yè)先進的螺紋檢測儀器、滾動直線導軌綜合精度檢測儀,具備年產(chǎn)各類滾珠絲杠 20 萬副、滾珠直線導軌10 萬米的生產(chǎn)能力。

  2、南京工藝

南京工藝在滾動功能部件領域具有 70 年的研究制造歷史,產(chǎn)品為高速、高精中高檔數(shù)控機床大批量配套,推進了國產(chǎn)滾動功能部件的提檔升級和替代進口。

  南京工藝目前產(chǎn)品包括滾動導軌、滾珠絲杠、滾動花鍵、行星滾柱絲杠、數(shù)控精密工作臺等。

  3、鼎智科技(江蘇雷利)

成立于 2008 年,是以微特電機為主要構(gòu)成的定制化精密運動控制解決方案提供商。目前,公司主要產(chǎn)品包括線性執(zhí)行器、混合式步進電機、直流電機等,廣泛應用于醫(yī)療器械領域,以及機器人、精密電子設備等工業(yè)自動化領域。

  公司線性執(zhí)行器包括滑動絲杠線性執(zhí)行器、滾珠絲杠線性執(zhí)行器和永磁電機線性執(zhí)行器。公司的絲桿螺母目前完全自主生產(chǎn),包括設計、工藝、模具、注塑等,在效率、噪音等方面國內(nèi)領先。公司的微型行星滾柱絲桿的研發(fā)與生產(chǎn)上已有里程碑式達成。

  4、廣東凱特精密機械

成立于 1993 年,公司產(chǎn)品包括直線模組、直線導軌、鉗制器、滾珠絲杠等,具有二十多年的行業(yè)制造經(jīng)驗。

  5、山東博特精工

前身是山東濟寧絲杠廠,始建于一九六六年,國家高新技術企業(yè),國內(nèi)滾動功能部件骨干專業(yè)化生產(chǎn)廠。公司具有 50 多年的制造經(jīng)驗,一直致力于滾動功能部件的研究與生產(chǎn),是我國滾動功能部件標準(滾珠絲杠副、直線導軌副)主要起草單位,國家高速主軸標準主要起草單位,國家滾珠絲杠副標準工作組組長單位,中國機床工具工業(yè)協(xié)會副理事長單位。

  公司主要產(chǎn)品包括滾珠絲杠、直線導軌、CNC 工作臺、電主軸、機械主軸、動靜壓主軸、梯形絲杠等。公司精密主軸、主軸單元市場占有率全國第一位,滾珠絲杠副市場占有率居全國前三位,梯形絲杠為全國唯一部優(yōu)產(chǎn)品?!案咚倬茈娭鬏S”、“高速精密滾珠絲杠副”被科技部認定為“國家級火炬計劃重點新產(chǎn)品”。

  6、秦川機床

機床工具行業(yè)的龍頭骨干企業(yè),具備高精度螺紋磨床生產(chǎn)能力;依托先進機床,先發(fā)布局高精度滾動絲杠及導軌生產(chǎn),競爭優(yōu)勢顯著。

  7、恒立液壓

成立于 2005 年,液壓行業(yè)龍頭企業(yè),液壓油缸起家,多維布局油缸、鑄件、液壓產(chǎn)業(yè)。公司從液壓油缸制造發(fā)展成為涵蓋高壓油缸、高壓柱塞泵、液壓多路閥、工業(yè)閥、液壓系統(tǒng)、液壓測試臺及高精密液壓鑄件等產(chǎn)品研發(fā)和制造的大型綜合性企業(yè)。

  2021 年,公司定增募資不超過 50 億元,其中 14 億元投向線性驅(qū)動器項目。該項目達產(chǎn)后將形成年產(chǎn) 10.4 萬根標準滾珠絲桿電動缸、4500 根重載滾珠絲桿電動缸、750 根行星滾柱絲桿電動缸、10 萬米標準滾珠絲桿和 10 萬米重載滾珠絲桿的生產(chǎn)能力。

  8、貝斯特

成立于 1997 年,主營業(yè)務為研發(fā)、生產(chǎn)及銷售各類精密零部件及工裝夾具產(chǎn)品。2022 年設立全資子公司“無錫宇華精機有限公司”,全面布局直線滾動功能部件,主營產(chǎn)品包括高精度滾珠絲杠副、高精度滾動導軌副等,瞄準高端機床領域、半導體裝備產(chǎn)業(yè)、自動化產(chǎn)業(yè)三大市場進行大力開拓。

  9、長盛軸承

成立于 1995 年,公司是專門從事自潤滑軸承的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術企業(yè)。近年來,長盛軸承在滾珠絲杠領域也取得了顯著的進展,滾珠絲杠業(yè)務成為公司新的亮點。長盛軸承的滾珠絲杠產(chǎn)品主要應用于商用車變速箱、乘用車制動、轉(zhuǎn)向及駐車系統(tǒng)。

  10、恒而達

成立于 1995 年,是切削工具領域頭部公司,主要從事金屬切削工具及配套智能數(shù)控設備、高精度滾動部件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司的重型模切工具產(chǎn)品在國際及國內(nèi)市場占有率第一;鋸切工具產(chǎn)品性能優(yōu)異,達到或高于國際、國家標準,是雙金屬帶鋸條領域的主要生產(chǎn)企業(yè)。

  由于金屬熱處理和加工工藝存在同源性,公司依托多年制造經(jīng)驗切入高精度滾動功能部件生產(chǎn),高精度直線導軌已邁入產(chǎn)業(yè)化進程,并持續(xù)開拓滾珠絲杠等工件生產(chǎn)線。

  11、南方精工

南方精工是一家專業(yè)從事傳動領域軸承及其相關零部件的制造和研發(fā)的公司。公司主要生產(chǎn)滾針軸承、單向離合器和單向滑輪總成,其系列產(chǎn)品已為多家世界500 強企業(yè)以及全球諸多著名公司配套。公司滾珠絲杠產(chǎn)品目前主要用于汽車行業(yè)。

  12、匯川技術

創(chuàng)立于 2003 年,專注于工業(yè)自動化控制產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,定 位服務于高端設備制造商。2023 年 5 月,匯川技術正式完成對韓國 SBC Linear Co., Ltd.的收購,該公司產(chǎn)品主要包括:滾珠直線導軌(Ball Guide)、滾柱直線導軌(Roller Guide)、軋制絲杠和搬運用滑軌,產(chǎn)品在精度保持性、噪聲、剛性等指標居于行業(yè)前列。

  13、五洲新春

   主要生產(chǎn)軸承及汽車配件等高端精密零部件。公司主要產(chǎn)品包括軸承、軸承套圈、風電滾子、汽車配件等產(chǎn)品,公司也具備絲杠螺母制造能力。已成功研發(fā) RV 減速器軸承及諧波減速器柔性軸承,并送樣知名機器人減速器企業(yè)。已成功研發(fā)絲桿螺母轉(zhuǎn)向系統(tǒng)軸承組件,具備生產(chǎn)滾珠絲桿系統(tǒng)配件的能力。產(chǎn)品主要應用于新能源汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子剎車和駐車系統(tǒng)、變速箱和主動懸架系統(tǒng)等。

  14、新劍傳動

成立于1999年,主營業(yè)務是為半導體通訊、計算機、電子、汽車、工程機械、人機協(xié)作及服務機器人等行業(yè)提供蝸輪、蝸桿傳動部件和精密零部件產(chǎn)品。2005年成立研發(fā)中心,2015年成立研發(fā)中心(上海)實驗室分部,研發(fā)方向為機械傳動技術和人工智能應用集成技術。

  行星滾柱絲杠電動缸產(chǎn)線系列產(chǎn)品是公司最新研發(fā),2022 年批量化生產(chǎn)的產(chǎn)品, 該產(chǎn)品是省級首臺套,替代進口卡脖子工程,將成為液壓驅(qū)動、滾珠絲杠電動缸的未來技術主力替代方案,廣泛應用于汽車、人形機器人等行業(yè)。公司建有國內(nèi)行星滾柱絲杠首條批量化生產(chǎn)線,2022 年 3 月批量化生產(chǎn),已具備 350 萬套的批量化生產(chǎn)能力,并且在汽車行業(yè)首先進行了應用。

  15、寧波慈興

2018 年慈興集團設立寧波慈興汽車軸承與滾珠絲桿研究院,核心研究開發(fā)方向為高端汽車軸承、新能源汽車用軸承、車用滾珠絲桿組件等。2022 年公司年產(chǎn)能為6億套軸承,500萬只滾珠絲杠。

標簽: 人形機器人運動控制

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