【专业讲堂】一文简要了解碳纤维机械臂在机械制造中的应用
机械臂是一种可以模仿人体上肢功能的自动化技术装备，它可以按照预定要求搬运工件或手持工具进行操作。它对实现工业自动化、促进工业生产的进一步发展具有关键作用。
机械臂通常是由金属材料制成，但金属材料在运行过程中会出现自重、速度慢、能耗高、易磨损变形、抗振效果差等问题。为了提高机械臂的运动速度和控制精度，不仅要保证机械臂有足够的强度和刚度，还要在结构和材料上尽可能地减轻自身重量。
碳纤维复合材料应用于机器人手臂可以很好地解决这些问题。碳纤维复合材料抗拉强度高、抗震性好、比重低（1.5g/cm-2g/cm）等特点。一系列优点让碳纤维机械臂在零件组装、加工零件搬运、装卸等方面可以自由操作。
碳纤维机械臂更常用于自动化数控车床和模块化机床。该机械臂减轻了机械臂的自重，降低了电机功率，节约了能源，环境适应性强。碳纤维在机械臂应用中的具体优势可以分为以下几点：
耐磨，热膨胀系数低，物理性能稳定，抗疲劳性能优异，更耐用；
比重轻，强度高。可提高产品刚度，减轻整体重量，更节能高效；
先进的模压成型方式，采用CNC加工中心加工，确保尺寸精度；
优异的耐腐蚀性能和更长的使用寿命。
传统机械臂大多由不锈钢或铝合金制成，其强度可以在短时间内得到保证。然而，由于金属构件自重，在长期疲劳作用下容易产生局部永久性累积损伤，最终断裂并导致设备失效。
与传统机械臂相比，碳纤维机械臂采用模压一体成型技术，超高压外扩工艺使结构更加坚固，确保了碳纤维机械臂的安全，实现了生产过程的快速自动化，提高了劳动生产率，确保了产品稳定性，提高了产品质量。
除碳纤维机械臂上述简单性能对比外，碳纤维复合材料在机械制造中应用的特性体现在一下几个方面：
防止共振：振动是许多自动化装置的一大难题，振动消失时，可以提高机器精度，但会减慢生产周期；相反，较快的机器操作会损害机器的准确性，并且常常会影响成品的质量。利用碳纤维复合材料可改善自动化装备的性能。通过减小运动的机器部件的质量，或者增加其强度会使该部件的固有频率提高。因而由碳纤维复合材料制成的零部件具有足够高的固有频率，因此不会与机器运动产生共振。
振动阻尼：复合材料本身比金属具有更好的阻尼性能，而且通过设计可将其他有效阻尼的材料（例如橡胶）结合到CFRP结构中，其结果是该零件的阻尼性能比钢提供的阻尼好12至20倍。
零热膨胀：几何变形会对机械臂和类似组件的性能产生不利影响，而机械臂和相关组件有时会在环境温度变化较大环境中运行，而有时机器产生的热量会导致运行环境存在较大温度波动。通过混合使用PAN基碳纤维和沥青基碳纤维，可以将复合材料设计成轴向或径向CTE为零的机器部件（例如主轴），从而使热变形对设备生产带来的影响可以忽略不计。