机器人电缆和拖链电缆怎么选:运动方式、弯曲半径、护套和测试

一个机器人工作站里,电缆的运动方式通常有三种,可采购单上往往只写一句「高柔电缆」。拖链里的线是来回往复地走;手腕上的线是在原地反复扭转;伺服电机上的线,主要要解决的是干扰,而不是扭转。三种线按一种来报,到货后不是弯曲半径不够,就是屏蔽不对。

这篇文章写给负责写询价单的工程师和采购。我们先把三类电缆分清楚,再按六个要点一步步往下定,文末附一份清单,可以直接复制到询价邮件里。

连邦的机器人电缆属于其中「机器人电缆」这一类:黑色圆线,按米供货,接头由设备厂自己做;拖链那一类对应我们的拖链电缆。不过下面这套分法,换哪家供应商都适用。

一、什么是机器人电缆?它和拖链电缆到底差在哪

先说什么是机器人电缆:它是专门给机器人运动用的轻量屏蔽电缆,弯曲半径 15D,阻燃等级 VW-1,手册上标注的标准是 2PFG 2577 和 CRIA 0003-1-2016。

机器人电缆和拖链电缆的区别,在于一个扭转、一个弯折,而不在于谁更「柔」。拖链电缆、普通软线、机器人电缆,都可能被叫作柔性电缆。「柔性」这个词只说明线会动,并没有说明它怎么动。

类别 承受的运动 弯曲半径 阻燃等级 手册上的其他说明
拖链和柔性电缆 往复运动;耐弯、耐油、耐磨,结构防水 10D FT2 系列名 TRVV、TRVVP、TRVVSP、RVVYP
伺服电缆 伺服电机和影像设备;走线柔软,同时抗干扰 7.5D VW-1 耐油、耐弯、双层屏蔽
机器人电缆 机器人本体运动;屏蔽传输,耐用耐磨 15D VW-1 2PFG 2577 / CRIA 0003-1-2016

表里的 D 指电缆外径。比如外径 7 mm、额定 10D,弯曲半径就是 70 mm。所以询价单上要先写清运动方式和电缆类别,再写长度。

二、先写运动方式,再定用哪一类

工业机器人布线最常见的错误,是整台设备共用一个料号。可设备旁边拖链里的线,和机械臂手腕上的线,受力完全不一样。

线在拖链里来回走,用拖链电缆;线被关节来回拧,用机器人电缆,六轴机械臂的手腕通常就是这种情况;线接在伺服电机或影像设备上、需要抗干扰,用伺服电缆。

一台设备上三种情况都有,询价单上就分三行写。如果只写一句「机器人电缆,用于本工位」,供应商只能猜您要的是哪一种。

三种运动并排:线在拖链里往复、线在关节处扭转、屏蔽线接在伺服电机上

三、弯曲半径是一道底线,不是「越柔越好」

柔性电缆的最小弯曲半径,指的是这类线最多能弯到多紧。倍数越小,允许弯得越紧。伺服电缆是 7.5D,比拖链电缆的 10D 更紧;机器人电缆是 15D,反而比前两类都松。

这一点很容易弄反。因为机器人电缆的卖点是轻、柔,有人就把它走得比旁边的拖链电缆还紧。其实「轻、柔」说的是结构,15D 说的才是极限。正确的做法是:先量外径,乘以这一类的倍数,再和走线里最紧的那个弯比一比。比不过,就说明这根线不合适。

弯曲半径画成外径外面的一条限度,紧的限度和松的限度并排

四、阻燃和护套按工位要求写,别只看「柔不柔」

拖链电缆的阻燃等级是 FT2,伺服电缆和机器人电缆是 VW-1。FT2 是水平燃烧测试,VW-1 是垂直燃烧测试,两者不能互相代替。工位要求哪一个,询价单上就写哪一个。

使用环境也要分开看。拖链电缆标注了耐油、耐磨和防水结构;伺服电缆标注了耐油和双层屏蔽;机器人电缆标注了耐磨和屏蔽。如果工位上有油污、焊渣,或者需要冲洗,要在对应的那一类旁边写明,不要默认每一根「高柔」线都既耐油又防水。

手册上三款动态结构用的都是黑色 PUR 护套,也就是聚氨酯。如果您的工位原来是按 PVC 写的,要注意这是两种不同的护套。表里这三款是 PUR,想换别的护套,要在订单里确认,不能悄悄换掉。

五、芯线组合按回路来选:动力线和信号线放在一根护套里,会不会互相干扰?

会。动力线和信号线放进同一根护套时,要靠这款结构标明的屏蔽把两者隔开,同时写清哪几芯走动力、哪几芯走信号。这一行不写清楚,两家报价单上的线很可能根本不是同一根。

下面四款是手册列出的典型结构,并不是全部产品,最终组合要按实际应用确认。

结构 外径 护套 / 屏蔽 用途
28AWG × 2C + 22AWG × 2C 4.6 ± 0.2 mm 黑色 PUR 动态 / 机器人
28AWG × 4C + 22AWG × 2C 5.2 ± 0.2 mm 黑色 PUR 动态 / 机器人
26AWG × 10C + 22AWG × 2C 7.0 mm 黑色 PUR 动态 / 机器人
18AWG × 4C + F + AB (85%) 8.7 mm 屏蔽 伺服 / 电机

前三款都是两种线规装在一根黑色 PUR 护套里,询价时要写明是粗的那组走动力,还是细的那组走动力。这几款 PUR 还可以按需要加 F + 无纺布绕包 + B,其中 F 是铝箔,B 是编织。

伺服那一款要单独看:4 芯 18AWG,铝箔屏蔽,编织覆盖率 85%,用于伺服或电机。它和上面三款 PUR 不是一回事。

很多高柔电缆的规格只写到线规和外径,屏蔽方式和芯线分配还是空着的。这两项一定要写进询价单。

六、弯折次数和扭转次数,测试条件相同才有可比性

我们的扭转测试条件是:样品长 1 米,±180° 扭转,每分钟 60 次。拖链测试是 U 形弯折,半径 R = 10D,行程 1 米,同样每分钟 60 次。在这两套条件下,上面三款黑色 PUR 电缆通过了 500 万次拖链弯折和 50 万次扭转。

这个结论有两个前提。第一,数字只属于这三款 PUR,不代表三类电缆里的每一根,也不包括那款屏蔽伺服线。第二,别家报的弯折寿命,只要半径、行程或扭转角度、样品长度、速度中有一项不同,就不能直接拿来比。弯得更松自然能测出更多次数,并不代表线更耐用。

所以询价时,要把测试条件写在次数旁边:扭转测试写样品长度、角度和每分钟次数;拖链测试写弯折形状、半径、行程和速度。

两种测试并排:U 形拖链弯折带行程,以及一根拉直的样品在一端被扭转

七、您要的是线材,还是做好接头的线束

上面的表格都是线材。带插头、标签和针脚定义的线束,是另一种报价。机器人电缆按米供货,接头由设备厂自己做。如果图纸上有接头,请说明并附上图纸;图纸上没有接头,就按线材来询价。

八、最容易选错的五种情况

机器人电缆为什么会断?从退回来的订单看,多半是电缆类别和实际运动对不上。拖链电缆和伺服电缆选错,原因也大多出在下面这五处:

  1. 整台设备只给一个料号,可拖链、手腕和伺服电机是三种完全不同的工况。
  2. 看到「高柔」两个字,就把机器人电缆弯得比 15D 还紧。
  3. 把 FT2 和 VW-1 当成同一个阻燃等级,或者默认每一类都既耐油又防水。
  4. 拿 500 万次或 50 万次去和别家比,但半径、角度或速度并不相同。
  5. 照着结构表去买线束,或者拿着线束图纸去买线材。要哪一种先写清楚,有图纸就附上。

九、询价时请提供这些信息

可以直接复制到询价单里:

  • 运动方式:在拖链里往复、在关节处扭转,还是伺服或影像回路
  • 电缆类别:拖链电缆、伺服电缆还是机器人电缆
  • 走线里最紧的弯,以及电缆外径,方便核对 D 的倍数
  • 工位要求的阻燃等级,以及有没有油、水、磨损
  • 结构:选表里的哪一款,或者您自己的组合(线规、芯数、哪几芯走动力)
  • 屏蔽:铝箔、编织,或按您的指定
  • 护套:如果不是表里的黑色 PUR,写明要什么
  • 长度
  • 要线材,还是要带接头的线束;有图纸请附上
  • 您关注的是哪一项测试的次数,以及您的走线是否和该测试条件一致

连邦机器人电缆的长度、芯数、外径和护套颜色都可以按订单定制;芯线组合、屏蔽方式,以及这款结构是否适合您的走线,会在订单中确认。拖链电缆也用同一份清单。把清单发给我们,报回来的就是您这段运动真正需要的那根线。

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