Exlar行星絲杠電動(dòng)執(zhí)行器，旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)以及集成控制的解決方案在各類運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛使用。其尖端執(zhí)行器技術(shù)基于電氣+機(jī)器的結(jié)構(gòu)，以替代傳統(tǒng)的液壓和氣動(dòng)缸。Exlar的最大推力可達(dá)22萬牛頓以及最大線速度超過1.5米每秒。
直線執(zhí)行器是工廠自動(dòng)化的一項(xiàng)核心技術(shù)。與流體動(dòng)力的執(zhí)行器一樣（包括液壓和氣動(dòng)），電動(dòng)執(zhí)行器技術(shù)已快速成為各工業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分，包括包裝、食品加工、能源、過程控制、建筑和汽車等行業(yè)。在生產(chǎn)線上使用直線執(zhí)行器已在當(dāng)今工業(yè)不可或缺。然而，氣動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在某些領(lǐng)域因效率低和不易精確控制在逐步被摒棄。在這些情況下，電動(dòng)執(zhí)行器開始初步取代其地位。在選擇不同執(zhí)行器技術(shù)時(shí)，需考慮能耗效率、系統(tǒng)控制方式、壽命期望值和安裝空間限制。
在對(duì)比三種執(zhí)行器技術(shù)后（液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)），文章闡述了電動(dòng)執(zhí)行器和傳統(tǒng)流體動(dòng)力執(zhí)行器相比的卓越優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)今汽車工業(yè)中，機(jī)器人焊鉗是將流體執(zhí)行器升級(jí)至電動(dòng)執(zhí)行器最為盛行的應(yīng)用。
機(jī)器人焊鉗
在全球范圍內(nèi)，機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于汽車制造。其中最為主要是車身金屬件和基座的點(diǎn)焊。由于每臺(tái)車都需要很多焊點(diǎn)，而且對(duì)精度、一致性和重復(fù)性的要求高，因此電動(dòng)執(zhí)行器是最好的解決方案。焊鉗在有機(jī)器人臂的控制下，需要精確到達(dá)汽車的各個(gè)部件位置。
雖然機(jī)器人自身都是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但傳統(tǒng)的焊鉗執(zhí)行器配備的卻是氣伺服執(zhí)行器，其原因是氣動(dòng)缸的價(jià)格低和易用。
為了滿足不斷增長(zhǎng)的產(chǎn)能要求，汽車業(yè)的自動(dòng)化工程師不斷的在切換到電動(dòng)執(zhí)行器的解決方案，以提升其點(diǎn)焊能力。
最為典型的方案就是基于滾珠或滾柱絲杠的電動(dòng)執(zhí)行器技術(shù)。
不同的電動(dòng)執(zhí)行器方案
如今在重工業(yè)（汽車制造）最為常見的電動(dòng)執(zhí)行器就是以旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)連接諸如滾珠或滾柱絲杠之類的機(jī)械傳動(dòng)部件來實(shí)現(xiàn)。
滾珠絲杠易于生產(chǎn)，市面上有許多廠家生產(chǎn)的滾珠絲杠價(jià)格都在可承受范圍內(nèi)。滾珠絲杠由螺紋桿（磨削或滾壓制造）和滾珠螺母組成。就像螺絲螺帽一樣，旋轉(zhuǎn)的螺母和直線運(yùn)動(dòng)的螺桿。隨著人們對(duì)更長(zhǎng)的使用壽命，更高的速度以及更低噪音等要求越來越高，滾柱絲杠或滾柱絲杠的執(zhí)行器也成為了更佳選擇。在驅(qū)動(dòng)方式和原理上，滾柱絲杠和滾珠絲杠是一致的，都是由螺紋桿來驅(qū)動(dòng)螺母實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。不同的是，后者是在螺母內(nèi)承載著的珠子，而滾柱螺母內(nèi)使用的是小螺紋滾柱與主絲杠相互嚙合，這時(shí)螺母的結(jié)構(gòu)類似于行星齒輪箱。
滾柱絲杠和滾珠絲杠相比主要有三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。
1.在同樣體積的情況下，滾柱絲杠有更大的接觸面積，將承載力平均分散在更大的表面。從而減小了摩擦力并延長(zhǎng)了使用壽命。
2.滾珠絲杠的珠子在輥道相互運(yùn)動(dòng)的方向不同，而滾柱是同步運(yùn)行在主絲杠上的。于此滾柱絲杠能承受更高的輸入轉(zhuǎn)速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)更大的直線速度。
3.滾珠絲杠內(nèi)的珠子在輥道內(nèi)需要在某一點(diǎn)上做方向切換，滾柱與主絲杠與同步做圓周運(yùn)動(dòng)，這就是為什么滾柱絲杠擁有更小振動(dòng)和噪音。
正是由于這些先天的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，滾柱絲杠擁有超過滾珠絲杠5到15倍的使用壽命。
目前最常見的電動(dòng)執(zhí)行器是由絲杠機(jī)械結(jié)構(gòu)與獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過聯(lián)軸器直連或折返式的皮帶連接而成。對(duì)滾珠絲杠而言，直線器通過外部電機(jī)驅(qū)動(dòng)的這種結(jié)構(gòu)最易于生產(chǎn)，市面上有諸多供應(yīng)商可以提供此類經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。然而，電機(jī)作為外部組件加裝時(shí)會(huì)大大增加整個(gè)體積和重量。更大更重的產(chǎn)品意味著需要更大更昂貴的機(jī)器人。此外這種更笨重的執(zhí)行器和大機(jī)器人的組合會(huì)增加整體的系統(tǒng)慣量，以至于需要更長(zhǎng)的工作周期，從而降低了生產(chǎn)節(jié)拍。
我們研發(fā)的第二個(gè)重要步驟，是將滾柱絲杠與伺服電機(jī)兩者完美地合二為一。Exlar® GS行星滾柱絲杠執(zhí)行器將機(jī)械絲杠和伺服電機(jī)組合成一個(gè)獨(dú)立部件。為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，我們?cè)跐L柱絲杠的基礎(chǔ)上又做了顛覆性的設(shè)計(jì),反置式的行星絲杠。絲杠螺母通過磨削工藝被設(shè)計(jì)成螺紋套筒的形式，并直連釹鐵硼磁體的伺服電機(jī)。除了顯而易見的緊湊型尺寸優(yōu)勢(shì)外，這種將伺服電機(jī)集成的方式不需要繁復(fù)的機(jī)械零部件，從而提高了可靠性，并大大降低了產(chǎn)品重量。電機(jī)和機(jī)械的直連也消除了背隙，支持更高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，全面提升整體性能。分段式貼片（T-Lam）電機(jī)轉(zhuǎn)子更加緊湊，消除了頂部回轉(zhuǎn)，繞組填充率達(dá)80%。絕緣級(jí)別180（H）。
Exlar® GS系列執(zhí)行器將機(jī)械絲杠和伺服電機(jī)完美地結(jié)合起來
主要優(yōu)勢(shì)如下：
1. 滾柱絲杠超長(zhǎng)的使用壽命
2. 高效伺服電機(jī)的精確控制
3. 極簡(jiǎn)功能組件的緊湊設(shè)計(jì)
預(yù)期使用壽命
正如大家所期望的，更高動(dòng)載荷的行星滾柱絲杠帶來的主要好處就在于工作壽命。通常我們用電缸直線行駛的總里程來衡量，滾珠和滾柱絲杠的相關(guān)對(duì)比可參看左圖。在同樣承受2000lbf / 8900N時(shí)，可預(yù)見到滾柱絲杠有15倍以上的理論壽命。
壓力重復(fù)精度
之前也提到在整個(gè)生產(chǎn)批次內(nèi)，焊鉗對(duì)重復(fù)壓力精度的要求很高。電缸在系統(tǒng)冷啟動(dòng)到預(yù)熱后階段，對(duì)保持前端壓力精度有著尤為突出的挑戰(zhàn)。在右圖展示的是Exlar GSX40（典型的伺服焊鉗執(zhí)行器）在環(huán)境溫度為40°C，常規(guī)焊接力時(shí)的重復(fù)壓力精度可達(dá)0,75% 或50N。這保證了整個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)焊點(diǎn)質(zhì)量的可靠性。
節(jié)能
德國(guó)卡賽爾大學(xué)（the University of Kassel）在2011年做過一份研究，對(duì)比了Exlar電動(dòng)執(zhí)行器和氣動(dòng)以及液壓產(chǎn)品。他們發(fā)現(xiàn)能耗能節(jié)省90%以上對(duì)比流體執(zhí)行器產(chǎn)品。在相同載荷相同工作周期的情況之下，液壓執(zhí)行器通常需要4.4倍以上的能源消耗，而氣動(dòng)執(zhí)行器則更需要10倍以上之多。
需要注意的是，這個(gè)研究只對(duì)某一具體環(huán)境和參數(shù)做特定測(cè)試。然而，流體系統(tǒng)還有許多外圍設(shè)備，如管子、過濾器、閥、干燥器和泵等。對(duì)比電動(dòng)解決方案而言，整個(gè)系統(tǒng)泄漏會(huì)帶來更大的能耗。
當(dāng)然液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域仍然是重要的技術(shù)之一，但從性價(jià)比和能源環(huán)保的角度出發(fā)，電動(dòng)執(zhí)行器在諸多工業(yè)領(lǐng)域是一種更佳的選擇。
電動(dòng)執(zhí)行器在未來機(jī)器人焊接的應(yīng)用
目前全球焊接市場(chǎng)仍以氣動(dòng)伺服技術(shù)為主流�？蛇@一切很有可能在未來幾年內(nèi)被電動(dòng)執(zhí)行器取代。因?yàn)榧幢闶窍衿嚬I(yè)這樣保守的行業(yè)也在考慮更新更好的技術(shù)。Exlar在過去十年里已經(jīng)為焊接應(yīng)用提供了大約12,000臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行器。我們的模塊化設(shè)計(jì)可以匹配市面上幾乎所有的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，還成功的匹配了以下機(jī)器人第7軸，Kuka、Comau、ABB、Nachi和Motoman。
Exlar作為全世界最為緊湊的電動(dòng)執(zhí)行器，還提供了許多選項(xiàng)功能，如集成式制動(dòng)剎車和內(nèi)置壓力傳感器，以直接測(cè)量前端壓力數(shù)據(jù)。
基于我們?cè)谄囆袠I(yè)的獨(dú)特解決方案，Curtiss-Wright集團(tuán)認(rèn)為汽車市場(chǎng)將成為Exlar電動(dòng)執(zhí)行器在今后若干年內(nèi)最為重要的增長(zhǎng)市場(chǎng)。
關(guān)于Curtiss-Wright（柯蒂斯-萊特）公司
Curtiss-Wright公司（紐交所代碼：CW）是一家為商業(yè)、工業(yè)、國(guó)防和能源市場(chǎng)提供高度工程化關(guān)鍵功能產(chǎn)品、系統(tǒng)和服務(wù)的國(guó)際化創(chuàng)新型公司。格倫•柯蒂斯（Glenn Curtiss）和萊特（Wright）兄弟的遺贈(zèng)公司 - 柯蒂斯-萊特具有設(shè)計(jì)和制造創(chuàng)新的悠久傳統(tǒng)，并以長(zhǎng)久穩(wěn)定的客戶關(guān)系為傲。該公司在全球擁有約 9000 名員工。
Exlar Actuation Solutions隸屬于Curtiss-Wright Controls，專為運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用設(shè)計(jì)和制造電動(dòng)滾柱絲杠線性執(zhí)行器、旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)及集成控制解決方案。Exlar執(zhí)行器專利技術(shù)為液壓或氣動(dòng)缸提供了高效的機(jī)電替代產(chǎn)品，承載力高達(dá)18噸以上，線性速度超過每秒1.5米。
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