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一文簡要了解碳纖維機械臂在機械制造中的應用 zundG3-硬質發泡台中雷射雕刻
2022/01/15 22:15:04瀏覽24|回應0|推薦0

機械臂是一種可以模仿人體上肢功能的自動化技術裝備,它可以按照預定要求搬運工件或手持工具進行操作。它對實現工業自動化、促進工業生產的進一步發展具有關鍵作用。

機械臂通常是由金屬材料制成,但金屬材料在運行過程中會出現自重、速度慢、能耗高、易磨損變形、抗振效果差等問題。為了提高機械臂的運動速度和控制精度,不僅要保證機械臂有足夠的強度和剛度,還要在結構和材料上盡可能地減輕自身重量。

碳纖維復合材料應用于機器人手臂可以很好地解決這些問題。碳纖維復合材料抗拉強度高、抗震性好、比重低(1.5g/cm-2g/cm)等特點。一系列優點讓碳纖維機械臂在零件組裝、加工零件搬運、裝卸等方面可以自由操作。

碳纖維機械臂更常用于自動化數控車床和模塊化機床。該機械臂減輕了機械臂的自重,降低了電機功率,節約了能源,環境適應性強。碳纖維在機械臂應用中的具體優勢可以分為以下幾點:

  • 耐磨,熱膨脹系數低,物理性能穩定,抗疲勞性能優異,更耐用;

  • 比重輕,強度高。可提高產品剛度,減輕整體重量,更節能高效;

  • 先進的模壓成型方式,采用CNC加工中心加工,確保尺寸精度;

  • 優異的耐腐蝕性能和更長的使用壽命。

傳統機械臂大多由不銹鋼或鋁合金制成,其強度可以在短時間內得到保證。然而,由于金屬構件自重,在長期疲勞作用下容易產生局部永久性累積損傷,最終斷裂并導致設備失效。

與傳統機械臂相比,碳纖維機械臂采用模壓一體成型技術,超高壓外擴工藝使結構更加堅固,確保了碳纖維機械臂的安全,實現了生產過程的快速自動化,提高了勞動生產率,確保了產品穩定性,提高了產品質量。

除碳纖維機械臂上述簡單性能對比外,碳纖維復合材料在機械制造中應用的特性體現在一下幾個方面:

防止共振:振動是許多自動化裝置的一大難題,振動消失時,可以提高機器精度,但會減慢生產周期;相反,較快的機器操作會損害機器的準確性,并且常常會影響成品的質量。利用碳纖維復合材料可改善自動化裝備的性能。通過減小運動的機器部件的質量,或者增加其強度會使該部件的固有頻率提高。因而由碳纖維復合材料制成的零部件具有足夠高的固有頻率,因此不會與機器運動產生共振。

振動阻尼:復合材料本身比金屬具有更好的阻尼性能,而且通過設計可將其他有效阻尼的材料(例如橡膠)結合到CFRP結構中,其結果是該零件的阻尼性能比鋼提供的阻尼好12至20倍。

零熱膨脹:幾何變形會對機械臂和類似組件的性能產生不利影響,而機械臂和相關組件有時會在環境溫度變化較大環境中運行,而有時機器產生的熱量會導致運行環境存在較大溫度波動。通過混合使用PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維,可以將復合材料設計成軸向或徑向CTE為零的機器部件(例如主軸),從而使熱變形對設備生產帶來的影響可以忽略不計

(部分內容參考vikicabon)

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