Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Промышленные роботы KUKA серий KR и KR QUANTEC занимают одну из ключевых позиций в автоматизации производственных процессов — от точечной сварки кузовов автомобилей до прецизионной механообработки. Надёжность и точность каждого манипулятора определяются качеством подшипниковых узлов и приводных механизмов, установленных в шести осях вращения. В данной статье рассмотрены конструктивные решения по подшипникам и редукторам, применяемым в роботах KUKA KR 6 R900 sixx, KR 16 R2010, KR QUANTEC (120–300 кг), KR FORTEC и KR IONTEC.
Компания KUKA (Аугсбург, Германия) выпускает широкую линейку шестиосевых промышленных манипуляторов, различающихся по грузоподъёмности, вылету руки и области применения. Для понимания требований к подшипникам и приводам ключевое значение имеют нагрузочные параметры каждой серии.
Компактный шестиосевой робот малой грузоподъёмности, предназначенный для скоростных операций: сборки, дозирования, перемещения мелких деталей. Номинальная грузоподъёмность составляет 3 кг (оптимизирована для максимальной динамики), максимальная — 6 кг при сокращённом расстоянии до центра масс нагрузки. Вылет руки — 901,5 мм, повторяемость позиционирования — ±0,03 мм по ISO 9283. Скорости осей достигают 615°/с (ось A6), масса манипулятора — около 52 кг. Монтаж возможен на пол, потолок или стену.
Робот среднего класса с номинальной грузоподъёмностью 16 кг (максимальная — 19,2 кг) и вылетом 2013 мм. Повторяемость позиционирования — ±0,04 мм. Максимальные скорости осей: A1 — 200°/с, A4 — 430°/с, A6 — 630°/с. Масса манипулятора — около 255 кг. Широко применяется для дуговой сварки, сборки и обслуживания станков.
Флагманская серия тяжёлого класса, охватывающая диапазон грузоподъёмности от 120 до 300 кг с вылетом от 2700 до 3904 мм. Повторяемость — ±0,06 мм. Конструкция включает усиленную герметизацию осей 4–6 (IP65/IP67), литейная версия выдерживает температуру окружающей среды до 55 °C. Серия активно используется в автомобилестроении для точечной сварки, перемещения крупногабаритных деталей и обслуживания прессовых линий.
Робот среднего грузового класса с диапазоном грузоподъёмности от 20 до 70 кг и вылетом от 2100 до 3100 мм. Конструктивной особенностью является безремённая проводка осей запястья (in-line wrist) и увеличенный межсервисный интервал: замена масла каждые 20 000 моточасов. Количество запасных частей сокращено на 50% по сравнению с предшественником.
Серия тяжёлых роботов для обработки массивных деталей. Грузоподъёмность варьируется от 240 до 500 кг, вылет — до 3326 мм. Модель KR 360 FORTEC при грузоподъёмности 360 кг обеспечивает вылет до 3080 мм, модель KR 500 R2830 — вылет 2826 мм. Повторяемость — ±0,08 мм. В основе привода — мощные серводвигатели и усиленные редукторные блоки. Применяется преимущественно в автомобильной промышленности для перемещения кузовных панелей, точечной сварки и механообработки.
Примечание: масса манипулятора варьируется в зависимости от конкретной модификации, комплектации и степени защиты (IP65/IP67). Приведены ориентировочные диапазоны по данным технических спецификаций KUKA.
Классический шестиосевой промышленный робот KUKA имеет антропоморфную (ангулярную) кинематическую схему с шестью вращательными степенями свободы. Оси разделяются на две группы с принципиально разными нагрузочными режимами.
Оси J1 (поворотная колонна), J2 (плечо) и J3 (локоть) воспринимают основные статические и динамические нагрузки. Ось J1 вращает всю конструкцию робота вокруг вертикальной оси и несёт суммарную массу звеньев, полезную нагрузку и инерционные моменты при ускорении/торможении. Ось J2 работает преимущественно на изгиб, поскольку горизонтальное плечо создаёт значительный опрокидывающий момент. Ось J3 дополняет движение плеча, образуя параллелограммный или последовательный механизм.
Для осей J1–J3 характерны: высокие крутящие моменты (от нескольких сотен до тысяч Н·м), относительно низкие скорости вращения (от 70°/с у тяжёлых серий до 360°/с у малых роботов), значительные моментные нагрузки (опрокидывающие и осевые). Именно поэтому в данных осях устанавливаются циклоидные редукторы высокой нагруженности и крупногабаритные подшипники.
Оси J4 (вращение предплечья), J5 (наклон кисти) и J6 (вращение фланца) формируют запястье робота. Эти оси несут значительно меньшую нагрузку, поскольку воспринимают только массу инструмента и полезного груза. Крутящие моменты здесь существенно ниже (от десятков до нескольких сотен Н·м), но требования к точности позиционирования и скорости — выше. Скорости осей запястья, как правило, существенно превышают скорости основных осей того же робота: например, у KR 16 R2010 ось A6 достигает 630°/с при A1 = 200°/с. Поэтому здесь применяются волновые (гармонические) редукторы с минимальным люфтом и компактные тонкосекционные подшипники.
Перекрёстные роликовые подшипники (crossed roller bearings) являются основным типом опорных подшипников осей промышленных роботов. Их конструкция обеспечивает одновременное восприятие радиальных, осевых и моментных нагрузок в одном компактном узле, что критически важно для ограниченного монтажного пространства робототехнических сочленений.
В перекрёстном роликовом подшипнике цилиндрические ролики расположены перпендикулярно друг другу между внутренним и внешним кольцами с углом контакта 45°. Каждый ролик воспринимает нагрузку по линии контакта (в отличие от точечного контакта у шариковых подшипников), что обеспечивает высокую жёсткость при минимальной упругой деформации. Жёсткость такого подшипника до 4 раз выше, чем у двухрядного шарикового радиально-упорного подшипника сопоставимых габаритов (по данным IKO).
В промышленных роботах KUKA применяются перекрёстные роликовые подшипники IKO (серии CRB, CRBH, CRBT) и THK (серии RB, RE, RU). Выбор производителя зависит от конкретной модели робота и поколения конструкции.
Внутренний диаметр перекрёстного роликового подшипника определяется посадочным местом в корпусе оси и напрямую зависит от грузоподъёмности робота. Ниже приведены ориентировочные диапазоны наружных диаметров подшипников, характерные для роботов соответствующего грузового класса. Точные типоразмеры определяются конструкторской документацией конкретной модели и могут отличаться в зависимости от поколения робота.
Оси J1–J3 промышленных роботов KUKA оснащаются прецизионными циклоидными редукторами Nabtesco серий RV-E и RV-C. Nabtesco занимает более 60% мирового рынка прецизионных редукторов для промышленных роботов, и их изделия являются стандартным компонентом для всех ведущих производителей манипуляторов.
Редуктор серии RV состоит из двух ступеней понижения. На первой ступени входная шестерня через прямозубые колёса приводит во вращение кривошипные валы. На второй ступени эксцентрики кривошипных валов сообщают планетарное движение двум циклоидным дискам (RV-дискам), смещённым на 180° друг относительно друга для балансировки нагрузки. Циклоидные диски обкатываются по цевочным пальцам, расположенным по внутренней окружности корпуса, что обеспечивает передачу крутящего момента с высокой равномерностью.
Стандартная исполнение для осей J2 и J3 роботов. Типоразмеры: RV-6E, RV-20E, RV-40E, RV-80E, RV-110E, RV-160E, RV-320E, RV-450E, RV-550E, RV-700E, RV-900E. Число после букв обозначает типоразмер, соответствующий номинальному крутящему моменту в условных единицах. Выходной вал редуктора опирается на встроенные конические роликовые подшипники или крупногабаритные угловые подшипники, интегрированные в конструкцию.
Полая конструкция выходного вала позволяет пропускать кабели и пневматические шланги через ось вращения. Типоразмеры: RV-10C, RV-27C, RV-50C, RV-100C, RV-200C, RV-320C, RV-400C, RV-500C. Исполнение RV-C предпочтительно для оси J1 (поворотная колонна), где необходимо прокладывать коммуникации от основания к звеньям манипулятора.
Оси запястья (J4, J5, J6) промышленных роботов KUKA оснащаются волновыми (гармоническими) редукторами производства Harmonic Drive Systems (Япония/Германия). Волновой редуктор обеспечивает передаточное отношение от 50:1 до 160:1 в одной ступени при люфте, практически равном нулю, и массе, существенно меньшей по сравнению с циклоидным редуктором аналогичного момента.
Волновая передача включает три основных элемента: генератор волн (wave generator) — эллиптический кулачок с гибким подшипником; гибкое колесо (flex spline) — тонкостенный стакан с наружными зубьями; жёсткое колесо (circular spline) — кольцо с внутренними зубьями, имеющее на 2 зуба больше, чем гибкое колесо. При вращении генератора волн гибкое колесо упруго деформируется, входя в зацепление с жёстким колесом в двух диаметрально противоположных зонах. За один оборот генератора гибкое колесо смещается на 2 зуба относительно жёсткого, что обеспечивает высокое передаточное отношение.
Компонентный набор с плоским корпусом, интегрируемый непосредственно в конструкцию оси. Типоразмеры от CSF-8 до CSF-65 (число обозначает условный типоразмер). Передаточные числа: 50, 80, 100, 120, 160. Номинальные моменты зависят от типоразмера и передаточного числа — от единиц Н·м для CSF-8 до нескольких сотен Н·м для CSF-65 (точные значения — по каталогу Harmonic Drive). Серия CSF широко применяется на осях J5 и J6.
Конструкция с увеличенным полым валом для прокладки кабелей и трубок через ось вращения. Особенно удобна для оси J4, где через предплечье робота проходят энергокоммуникации к запястью. Типоразмеры аналогичны серии CSF.
Модульные редукторы с интегрированным подшипником на выходе, обеспечивающие повышенную моментную нагрузку и устойчивость к опрокидыванию. Применяются на оси J4 тяжёлых роботов серий KR QUANTEC и KR FORTEC.
Помимо основных опорных подшипников осей, в каждом приводном модуле присутствуют подшипники выходного вала редуктора. Эти подшипники воспринимают нагрузки от инструмента и заготовки, передаваемые через звенья манипулятора на выход редуктора.
Редукторы серий RV-E и RV-C оснащены встроенными главными подшипниками (main bearing). Это крупногабаритные угловые контактные подшипники или конические роликовые подшипники, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки и опрокидывающие моменты. Благодаря интеграции подшипника в корпус редуктора, необходимость во внешних опорных устройствах отсутствует, что упрощает конструкцию узла оси.
В генераторе волн используется специальный тонкостенный гибкий подшипник, который работает в условиях постоянной циклической деформации. Этот подшипник является одним из наиболее нагруженных элементов волнового редуктора и определяет его ресурс. На выходе редукторов серии SHG установлен перекрёстный роликовый подшипник, обеспечивающий восприятие комбинированных нагрузок без дополнительных внешних опор.
Тонкосекционные перекрёстные роликовые подшипники серий CRBT (IKO) и RE (THK) применяются в качестве дополнительных опор выходного вала на осях запястья. Их высота сечения составляет от 5,5 мм при ширине от 5 мм и наружном диаметре от 21 до 200 мм, что позволяет размещать их в ограниченном пространстве запястья робота. Несмотря на малые габариты, эти подшипники обеспечивают динамическую грузоподъёмность от 5 до 40 кН.
Подбор подшипников для осей промышленного робота выполняется на основании расчёта эквивалентной динамической нагрузки с учётом специфики работы манипулятора: переменного цикла нагружения, знакопеременных моментов и высокой частоты реверсов.
На подшипники осей робота действуют: радиальная сила Fr от веса звеньев и полезной нагрузки; осевая сила Fa от вертикальных составляющих; опрокидывающий момент M от эксцентричного расположения центра масс; динамические нагрузки от ускорений и торможений. Для перекрёстных роликовых подшипников эквивалентная нагрузка рассчитывается по формуле, учитывающей все три компонента одновременно.
Ресурс подшипника в осях робота определяется не только динамической грузоподъёмностью, но и циклической природой работы. Каждый рабочий цикл робота включает разгон, выход на скорость, торможение и паузу. Для расчёта номинального ресурса применяется степенной показатель 10/3 для роликовых подшипников (согласно ISO 281):
Периодическое техническое обслуживание подшипниковых узлов и редукторов является обязательным условием обеспечения заявленного ресурса промышленного робота. Несвоевременная замена смазки или нарушение межсервисных интервалов приводят к ускоренному износу, увеличению люфтов и потере точности позиционирования.
Редукторы Nabtesco RV заполняются консистентной смазкой Molywhite RE00 (рекомендация производителя) или её аналогами. Объём заправки зависит от типоразмера редуктора и указывается в сервисной документации. Смешивание различных марок смазки категорически не допускается. Периодичность замены смазки для роботов KUKA обычно составляет от 10 000 до 20 000 моточасов в зависимости от серии. Для серии KR IONTEC межсервисный интервал увеличен до 20 000 моточасов.
Волновые редукторы Harmonic Drive используют специализированные пластичные смазки (Harmonic Grease SK-1A или SK-2). Для компонентных наборов типоразмера 50 и более с передаточным числом 50:1 требуется масляная смазка. При вынужденном использовании консистентной смазки в этих условиях номинальный момент снижается на 50% (по каталогу Harmonic Drive).
Перекрёстные роликовые подшипники в осях робота заполняются консистентной смазкой на литиевой основе (NLGI 2) при сборке. Большинство серий (CRBH, RB) имеют уплотнения контактного типа, обеспечивающие работу в течение всего срока службы без дополнительной смазки. Однако при наличии точек смазки, предусмотренных в конструкции оси, рекомендуется пополнение в соответствии с регламентом производителя робота.
Своевременная диагностика состояния подшипников и редукторов позволяет предотвратить внеплановые простои и аварийные отказы робота. Основные методы диагностики и характерные признаки износа приведены ниже.
Увеличение люфта в оси (определяется покачиванием фланца при заблокированном приводе или программным методом через контроллер KUKA); появление характерного стука при реверсе; повышение уровня вибрации на корпусе оси; неравномерность хода (ощущается при ручном перемещении при снятом тормозе); потеря повторяемости позиционирования робота, выходящая за допуск ±0,06 мм (для KR QUANTEC).
Увеличение мёртвого хода (hysteresis loss / lost motion), существенно превышающее начальную спецификацию (менее 1 угловой минуты для обоих типов редукторов в новом состоянии); повышение шума, особенно характерный высокочастотный визг у волновых редукторов при износе зубьев гибкого колеса; увеличение нагрева корпуса редуктора при номинальной скорости; повышение тока двигателя привода оси при тех же нагрузках; наличие металлических частиц в смазке при плановой замене.
Вибродиагностика: измерение уровня и спектра вибрации на корпусах осей с помощью акселерометров. Позволяет выявить дефекты подшипников на ранней стадии по характерным частотам дефектов (BPFO, BPFI, BSF). Контроль люфта: программный метод через функцию мастеринга контроллера KR C4 или ручное измерение индикатором часового типа. Термография: инфракрасный контроль температуры корпусов редукторов и подшипниковых узлов. Анализ смазки: определение содержания частиц износа (феррография) и контроль физико-химических свойств смазки.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.