RV-reducerare jämfört med harmonisk drivning i ABB-robotar
När vissa personer för första gången kommer i kontakt med ABB:s industrirobotar fokuserar deras blick på styrenheter, servomotorer och handledspedaler. Men egentligen är det i slutändan robotens rörelse – "stabilt eller inte, exakt eller inte, slitstark eller inte" – vars grund ligger dold i leden: de få växellådorna.
De flesta som underhåller ABB-robotar har upplevt detta fenomen: efter några år börjar roboten sakta men säkert visa spåravvikelser, svetsningen blir instabil, den skakar, gör oväsen och positioneringen avviker. Vid en systematisk felsökning av leden dras växellådan ofta ut från lederna. De två vanligaste typerna av växellådor som används i ABB-robotarnas huvud är RV-växellådan och den harmoniska växellådan.
Kunder ställer ofta frågor som: "Vad är skillnaden mellan dessa två reduktorer?", "Varför måste ABB göra så här? Varför använder ABB RV för vissa axlar och harmoniska reduktorer för andra?" "Vilken är mer slitstark?" "Vilken är mer noggrann?" Idag kommer vi att prata med er, helt och hållet utifrån erfarenheter från verkstaden. 
Reduktionsväxellådan i roboten är till slut vad som ska göras
Industriella roboters servomotorer, snabb rotation – men det finns ett dödligt problem: snabb rotation betyder inte nödvändigtvis stor kraft. Vid verklig arbetsuppgift kräver roboten låg hastighet, hög vridmoment, hög precision samt stabil effektutmatning. Tänk på det: vid svetsning måste rörelsen följa svetsnaden extra smidigt; vid hantering av arbetsstycken som väger hundratals pund måste leden kunna ta upp kraften utan att skaka. Vad växellådan gör är att sänka motorns 'dumma' hastighet, förstärka kraften och samtidigt säkerställa att utmatningsaxeln stannar på exakt rätt position. Därför kan man se växellådan som en 'kraftförstärkare' och en 'precisionens portvakt' i leden. Hos många ABB-robotar märker man direkt när växellådan är sliten: banan blir allt mer flytande, upprepade positionsfel ökar dag för dag, armen börjar skaka, acceleration och retardation sker successivt, svetskvaliteten varierar från bra till dålig, och starka stötar leder direkt till larm.
RV-reducer: solid och motståndskraftig mot tillverkningsbelastning
Vad är rollen för RV-reducern? Många kallar den också för en cykloidreducer. Det bästa med denna komponent är egentligen bara en sak: den är styv och särskilt motståndskraftig mot deformation. Den används i tunga industrirobotar för att bära armen, såsom vid svetsning, hantering och pallisering med stora ABB-robotar – särskilt i basen, armen och de mest belastade leden i armen, där magen i princip är utrustad med RV-reducer. Tänk på det: när en stor ABB-robot svänger upp hela armen, hur stor tröghetskraft måste då de flera lagerborden i basen bära? Om reducern inte är tillräckligt styv på den platsen kommer hela roboten att fungera som en berusad person och gunga. Den starkaste delen av RV-reducern är just detta hårda skelett.
Varför är RV-reduceraren så kraftfull? Det har att göra med dess inre struktur. En vanlig växellåda kan ha en eller två tänder som samtidigt utsätts for belastning, men RV-reduceraren är annorlunda – den har många tänder i kontakt samtidigt, vilket sprider ut kraften. Det är som om en grupp människor tillsammans lyfter något tungt, istället för att lita på att en enskild person ska bära det. På detta sätt blir kraftfördelningen jämn, stötfastheten hög och risken för tandbrott liten. Den kan även hantera tunga arbetsuppgifter under lång tid utan problem. Därför kan många ABB:s tunga robotar med RV-reducerare användas i flera år. Det är särskilt uppenbart i bilindustrins svetsverkstäder – där ABB:s svetsrobotar arbetar mer än tio timmar per dag och roterar kontinuerligt i flera år. Oftast är det inte styrenheten som går sönder först, utan de mekaniska leden där spelen gradvis ökar genom slitage. I allmänhet är dock den totala livslängden för RV-reduceraren verkligen lång.
Harmonisk reducer: född för "extrem noggrannhet".
Den harmoniska reducern är en helt annan lösning jämfört med RV-reducern, som är utformad för att vara "byggd", medan den harmoniska reducern är utformad för att vara "extremt noggrann". Den harmoniska reducern har särskilt framträdande egenskaper: liten storlek, lätt vikt, mycket låg spel, så låg att den nästan är försumbar, samt extremt hög precision. Därför ser du på handleden hos ABB-robotens axlar, särskilt i sektionerna nära verktygsänden – till exempel vid lackering, precisionsmontering, greppning av små delar och inom elektronikindustrin där robotar används – att handleden nästan uteslutande använder harmonisk reducera. Utrymmet i det området är redan mycket begränsat, samtidigt som kraven på rörelsenoggrannhet är oproportionerligt höga, vilket gör att den harmoniska reducern är perfekt lämpad för detta ändamål.
Varför kan harmonisk reducerare vara så exakt? Nyckeln ligger i att den nästan inte har något transmissionsutrymme, vilket vi ofta kallar för "backlash". Många vanliga reducerare har detta problem: motornsända rör sig lite, men utgången följer inte omedelbart efter rörelsen – det finns alltid ett utrymme. Ju större utrymmet är, desto mer osäker blir robotens positionering. Harmoniska växellådor bygger på en princip för flexibel överföring, vilket minskar backlash till en mycket låg nivå. Därför märker du att ABB-robotens handledsvridning är särskilt slät, utan den lösa känslan av utrymme. Det är särskilt uppenbart hos målrobotar: om sprutpistolens bana skakar lätt, uppstår omedelbart streck på färgytan, ojämn tjocklek, apelsinskalstruktur eller sprutspridning – därför är precisionen hos den harmoniska reduceraren i målrobotens handled särskilt viktig.
Varför använder inte ABB bara en växellåda?
Så varför använder inte ABB helt enkelt båda typerna och installera RV på den stora axeln och harmoniska växellådor på den lilla axeln? Att uttrycka det rakt på sak: industrirobotar kräver i sig både styrka och noggrannhet, och dessa två egenskaper hanteras respektive av RV- och harmonikväxellådorna. ABB:s vanliga designfilosofi är att använda RV-växellådor för de stora leden i framänden och harmonikväxellådor för de små leden i baksidan. På så sätt uppnås en hög total styvhet vid tunga laster för att säkerställa stabilitet, samtidigt som rörelsen i änden är tillräckligt fin och banstyrningen också är jämn. Faktum är att de flesta industrirobotar på marknaden idag följer denna mainstream-lösning.
Vilken av RV- och harmonikväxellådorna är mest sannolik att gå sönder?
Vilken som är lättare att skada är också en fråga kunderna alltid ställer. Realistiskt sett kan vi inte helt enkelt säga vem som är mer känslomässigt sårbar än den andra, eftersom de arbetar i olika miljöer. Enligt verkstadens faktiska reparationserfarenheter är harmonisk reducerare dock relativt sett lite mer "känslomässigt sårbar". Det beror på att det flexibla hjulet inuti ständigt befinner sig i ett tillfälle av elastisk deformation, och vid långvarig högfrekvent rörelse fram och tillbaka tröttas det gradvis ut. Särskilt vid högfrekventa rörelser med liten amplitud, dygnet runt utan avbrott, samt frekventa start- och stopprörelser, ökar slitagehastigheten för den harmoniska reduceraren. RV-reduceraren är däremot mer känslomässigt sårbar för tunga belastningsstötar, t.ex. om robotar kolliderar, överbelastas, gör nödstopp eller om de är gamla och måste arbeta under hög tröghet där de inte kan bära lasten ordentligt – i dessa fall är det lätt att orsaka osynliga skador på de inre tänderna och lagren.
Vilka är förutsättningarna för att en växellåda är på väg att gå sönder?
På fältet är förloppet som leder till fel på reduktorn särskilt uppenbart, men många människor tror först att felet ligger i servomotorn eller motorn – resultatet visar dock att det är reduktorn som är felaktig. Om ni vill att jag ska ge en riktlinje: när ni stöter på följande symtom bör ni genast tänka på reduktorn. Robotens positionering blir alltmer oexakt – detta är det mest typiska symtomet. Särskilt vid svetsrobotar är det så att svetspunkten först är korrekt, men avvikelserna ökar successivt; efter nollpunktskalibrering fungerar allt bra i ett par dagar, men sedan uppstår problemen igen – i nio fall av tio beror detta på slitage i reduktorns spel. Robotens rörelser börjar skaka, särskilt vid låg hastighet. Vid vissa ABB-robotar märker man detta tydligt när man manuellt styr robotarmen med handhjulet i låg hastighet: man känner på varje liten rörelse, en fladdrande, darrande känsla – inte tillräckligt jämn – vilket oftast tyder på att komponenterna inuti är slitna. Lederna ger ifrån sig ovana ljud: klickljud, metallisk friktionsljud eller djupa dunsar – ta inte dessa ljud på långt när för givet. Särskilt om lagren i en RV-reduktor är skadade blir ljuden mycket tydliga, trots att många fortfarande fortsätter att använda roboten – och slutligen förstörs hela ledningen. Dessutom kan lederna bli mycket varma: när reduktorn slits ökar friktionen kraftigt, och man märker tydligt att axelns temperatur är högre än hos de andra axlarna; i extrema fall kan man till och med lukta den försämrade fetten.
Hur underhåller man den för att få den att hålla längre?
Underhåll av denna komponent ignoreras ofta av många fabriker när det gäller den mekaniska delen, eftersom man tror att den kan köras på linjen. Men robotreduceraren är mest rädd för att stå oanvänd under lång tid utan att någon bryr sig om den. Särskilt för ABB-robotar som arbetar i tre skift rekommenderar vi våra kunder att kontrollera följande: känna efter temperaturförändringar, lyssna på ljudnivån, känna efter vibrationer och observera om skillnaderna är större än från en dag till nästa. Smörjning bör också utföras regelbundet, beroende på förhållandena. Många reducerare slängs inte plötsligt utan har i själva verket slitits ned under en längre period – det är bara ingen som märkt det. En tidig upptäckt kan innebära att man byter en lager eller byter olja, vilket löser problemet; om man dröjer kan hela reduceraren slängas som skrot.
Minskad precision har sitt ursprung främst i reduceraren
Många ABB-robotar har en låg precision, och orsaken ligger inte nödvändigtvis i inkodern eller motorn. För om du tänker efter – ditt reglersystem och sedan beräkningarna är ju korrekta, men om den mekaniska delen i sig har ett spel kommer den slutliga rörelsen ändå att avvika. Därför är det så att vissa ABB-robotars inkoder fungerar normalt, motorn är i ordning och ingen har ändrat parametrarna, men banan är fortfarande instabil. När leden öppnas visar det sig att reduktorn är sliten. Detta är särskilt vanligt hos svetsrobotar som varit i drift i flera år.
Om reduktorn ska reparereras eller bytas ut
Om växellådan ska reparereras eller bytas ut beror på den faktiska situationen. I vissa fall, till exempel lagerdrift, smörjningsfel och endast en liten spel, kan den reparerats. Men om de inre växlarna redan är trasiga, flexhjulet är trött och brutet, eller om den inre slitage är mycket allvarlig, är det ofta kostnadseffektivare att direkt byta ut den mot en ny. Detta beror på att skadorna från robotens driftstopp ofta är betydligt dyrare än själva växellådan. Särskilt i bilproduktionslinjer, där ett dygns driftstopp räcker för att köpa flera växelhuvuden.
