来自 机械新闻 2019-12-21 14:27 的文章

为什么碳纤维可以形成机械手臂中必不可少的呢

  随着人工费上涨及人手不足问题越来越严重,各生产行业对机器人的需求也将日益增多,工业机器人将成为工厂自动化越来越重要的一部分。机械手臂是机器人技术领域实际应用最广泛的自动化机械装置,尽管它们的形态各有不同,但它们都有一个共同的特点,即通过接受指令,精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。

  机械手臂一般有伸缩、旋转和升降这三种运动,其中旋转、升降运动是由横臂和产柱去完成的,手臂的基本作用则是将手爪移动到所需位置以及承受抓取工件的最大重量和手臂自身的重量等。此外,管路、冷却装置、行程定位装置和自动检测装置等,一般也都装在手臂上。因此,手臂的结构、工作范围、承载能力和动作精度都会直接影响整个机械的工作性能。

  合金钢、经过热处理的优质钢、铝合金等轻型合金都是制作机械手臂的原材料,但是根据苏州挪恩复材在碳纤维机械臂方面的研究来看,以碳纤维复合材料为原材料的机械手臂将成为未来几年机械臂生产的一大趋势。

  就以苏州挪恩复材为国内某厂商研制的机械手臂为例,该款机械手臂长950mm,宽120mm,壁厚5mm,总重量却只有3.5千克。据悉,虽然碳纤维机械臂在成型工艺上存在一定难度,不过,从比重、强度、蠕变性及成本价格等多方面因素综合比较,碳纤维机械臂取代传统金属材质机械臂的风头正健。

  机械手臂要完成各类已定或将定的运动,材质的选择决定了机械手臂的动态性能和静态性能。

  因为机械手臂的自重不仅影响它的运动便捷性,还直接影响到驱使运动的能源消耗量。机械手臂是运动的,需要有良好的受控性,因此不能过笨重,重量越轻转动惯量越小。从这个角度上说,钢类材料最重,比铝合金要重60%以上,高强度钢达到7.8g/cm3,铝也有2.7g/cm3,碳纤维比重最小,只有1.75g/cm3,因而碳纤维制成的机械臂是目前所有材质中最轻的,能使机械臂操作更加灵便准确。

  机械手臂在承受载荷时,不能有断裂和应变,也就是说用来制作机械手臂的材料要有足够的强度,必须选择“高强度的材料”。从绝对性能看,铝比不上钢,就算是很好的铝,从模量、强度和韧性上看,绝对性能仍旧比不上钢,铝合金的重量介于碳纤维和碳钢之间,强度次于碳纤维,高于碳钢,但韧性较低,缺乏弹性。碳纤维的特点不仅是质轻,强度更高。目前碳纤维复合材料强度约为1400MPa,而钢呢?一般的钢不过是600MPa,在比强度上碳纤维要比钢高出许多。

  机械臂的工作环境对材质也提出了相应的要求,比如一定的温差中,金属会出现相应的蠕变情况,这种蠕变看似微乎其微,但是对机械臂操作精准的影响还是比较明显的。碳纤维不同于一般的钢和铝合金,在零下几十度到200℃之间都能保持最小的蠕变性,因此可以适用于不同的工作环境中。

  碳纤维复合材料性能表现远超传统金属材质,但成本也高于传统金属材质,这也是很多厂商对碳纤维机械臂的担忧。苏州挪恩复合材料根据现有技术进行优化,降低制造成本,目前也与多家厂商针对碳纤维机械臂产品的合作进行商谈,相信随着国内碳纤维技术的不断成熟,碳纤维机械臂的使用门槛将大大降低,挪恩复材也在朝着这一天努力。(推荐阅读:碳纤维机械臂的力学性能)返回搜狐,查看更多