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【兆恒機(jī)械】碳纖維復(fù)合材料與機(jī)械手臂選材標(biāo)準(zhǔn)

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  • 添加日期：2022年08月11日
2018年，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)量已達(dá)到了14.8萬(wàn)臺(tái)（套），在全球產(chǎn)量中占比超過(guò)38%。與此同時(shí)，服務(wù)類機(jī)器人產(chǎn)品也日益豐富，逐步深入到家居生活和日常工作的多個(gè)方面。

機(jī)器人變得更加智能化、精細(xì)化，正從搬運(yùn)、裝配等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域向先進(jìn)制造、醫(yī)療健康、生活服務(wù)等領(lǐng)域快速延伸。
機(jī)器人的用途不同，組成部分也不同，不同的構(gòu)件需要采用不同的材料。無(wú)錫智上新材料長(zhǎng)期為工業(yè)/民用機(jī)器人提供碳纖維機(jī)械臂的定制服務(wù)，其發(fā)現(xiàn)所有的機(jī)械臂在選材時(shí)都會(huì)考慮到以下三個(gè)方面：


1. 機(jī)械臂材料必須是輕型的。
機(jī)器人的機(jī)械臂需要不斷重復(fù)性地完成設(shè)計(jì)好的各種動(dòng)作。作為運(yùn)動(dòng)部件，還要有良好的受控性，所以，它必須是輕型材料。機(jī)器人機(jī)械手臂如果太重，慣量就會(huì)隨之增大，并直接影響到負(fù)載，降低機(jī)械臂的自重能有效降低慣量，提升操作速度，
2. 機(jī)械臂材料必須是高強(qiáng)度的。
從力學(xué)角度說(shuō)，機(jī)械手臂材料首先應(yīng)是結(jié)構(gòu)材料。無(wú)論是哪一種機(jī)器人手臂，都應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度大的材料。如果機(jī)械臂的強(qiáng)度不夠，手臂在承受載荷時(shí)就容易產(chǎn)生變形和斷裂。因此，傳統(tǒng)的機(jī)械手臂材料往往會(huì)選擇一些高強(qiáng)度材料，如鋼、鑄鐵、合金鋼等。
3.機(jī)械臂材料必須對(duì)振動(dòng)有一定抑制性。
除了重量、強(qiáng)度之外，振動(dòng)也是機(jī)械臂選材需要特別重視的條件之一。機(jī)械手臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)械臂的彎曲變形，還將大大降低它的運(yùn)動(dòng)精度。這對(duì)柔性機(jī)械臂來(lái)說(shuō)最為明顯，由于其質(zhì)量輕，機(jī)械振動(dòng)過(guò)大必然會(huì)影響其機(jī)械性能。


除此之外，設(shè)計(jì)、工藝、摸具、裝配、液壓等也都是機(jī)械臂選材時(shí)需要考慮到的因素，有些機(jī)械臂需要防腐蝕，有些機(jī)械臂需要耐高壓或耐高溫，不同工作場(chǎng)景下的機(jī)器人機(jī)械臂會(huì)對(duì)材料有不同的要求。
無(wú)錫智上新材認(rèn)為，機(jī)械臂在選擇材料時(shí)需要對(duì)質(zhì)量、剛度、阻尼進(jìn)行綜合考慮，以便有效地提高機(jī)械手臂的動(dòng)態(tài)性能。
碳纖維復(fù)合材料具有輕量化、高比模量等特點(diǎn)，其在改善質(zhì)量、剛度和阻尼特性等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，而且，其力學(xué)性能可以通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)行控制和改變，給設(shè)計(jì)人員提供了發(fā)揮空間，尤其是它在振動(dòng)抑制及精度控制方面具有傳統(tǒng)合金材料不可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，碳纖維復(fù)合材料越來(lái)越多地被作為輕量化高性能材料直接應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)，并為業(yè)內(nèi)認(rèn)為是制作機(jī)械臂的理想材料之一。


隨著智能化機(jī)器人應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，尤其是為了滿足一些特殊工作環(huán)境中的應(yīng)用需求，機(jī)械臂性能正朝著高效、低耗、輕質(zhì)、靈便的方向發(fā)展。在此情況下，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用為提高機(jī)械臂的操作性、靈活性以及更強(qiáng)大的功能性做出了突出貢獻(xiàn)。