机器人制造 · 2026更新

人形机器人金属零件:从CNC原型到规模化制造

人形机器人当前首先是一个精密机加工和小批量迭代机会;随着结构稳定,部分零件才会选择性转向精铸、锻造、压铸或MIM。工艺应跟随设计成熟度、载荷、重量、材料和批量,而不是跟随热点。

40–60%McKinsey 2026分析中的执行器BOM占比
5–10%同一分析中的结构件BOM占比
当前采用 CNC原型级结构仍高度依赖机加工和小批量制造
后续规模化稳定设计可有选择地转向模具投入更高的工艺

机器人首先是机加工机会,精铸只在合适的位置使用

人形机器人由电机、减速器、轴承、传感器、电池、结构框架、关节壳体、支架、轴、末端执行器和大量精密接口组成,确实会产生大量金属零件需求。但这并不意味着“机器人会大量使用精密铸件”。

对擅长多品种小批量的工业供应商来说,近期最明确的机会通常是:CNC机加工、样件/试制、小批量多版本制造,以及设计稳定后有选择地转换成近净成形工艺。

人形机器人金属零件从CNC样件、试制到选择性规模化工艺的制造路径

2026年的供应链数据说明了什么

McKinsey 2026年4月的人形机器人供应链分析估计,执行器约占整机BOM的 40–60%,框架、关节壳体、支架和外壳等结构件约占 5–10%。执行器内部的机械件,包括结构壳体、轴和精密轴承,也占有重要成本比例。

更重要的是,McKinsey指出,目前的人形机器人结构件仍大量使用CNC机加工、小批量制造和定制装配,原因是架构变化快、几何尚未冻结、量产需求不确定;当设计和接口逐步收敛后,压铸、锻造等模具投入较高的路线才更容易进入规模化比较。来源。

International Federation of Robotics 在2026年引用的World Robotics数据还显示,中国工厂在运工业机器人约200万台,并占全球年度工业机器人安装量的54%。现有自动化、汽车/电动车和精密运动部件供应链,为人形机器人硬件迭代提供了重要制造基础。

人形机器人里哪些地方会用到金属制造

不同OEM架构差异很大,但常见机会包括:

执行器和关节机械件

  • 执行器壳体和端盖;
  • 电机/减速器接口件;
  • 轴、销和轴承位;
  • 关节壳体与结构支架;
  • 精密孔、螺纹和安装基准;
  • 散热和防护金属界面。

这类零件常常受到公差链影响。轴承配合、齿轮/减速器对中、同轴度、跳动和刚度,往往比外观更重要。

框架、连杆和结构接口

框架、手臂、连杆、支架和外壳需要在刚度、重量、疲劳和制造性之间平衡。早期版本经常采用CNC或钣金/焊接小批量制造,因为结构仍在变化。达到稳定大批量后,铝合金压铸、锻造、挤压、钣金结构或复合材料可能更经济,具体取决于载荷和轻量化目标。

手、夹爪和末端执行器

机器人手和末端执行器可能包含大量小型支架、手指结构、关节、轴、壳体、工具接口和耐磨件,而且任务不同会导致末端执行器长期保持多品种。

即使整机主体最终进入大批量工艺,这一部分仍可能持续需要小批量CNC,以及少量适合不锈钢/合金近净成形的复杂件。

热管理与流体零件

根据功率密度和应用环境,机器人也可能使用小型冷却板、歧管、泵阀件或密封外壳。这些本质上仍然是普通的热管理/流体工程问题,采购时应按压力、清洁度、材料和泄漏要求来定义,而不是因为“机器人”三个字改变基本工程逻辑。

为什么样件和试制阶段特别依赖CNC

人形机器人仍处在快速迭代阶段。减速器、电机、轴承、传感器或线缆布局发生变化,都可能让关节壳体一起改版。如果接口还没稳定,就提前投入量产模具,很容易在下一轮试制中变成沉没成本。

CNC在这一阶段的优势包括:

  • 不换成形模具即可快速响应改版;
  • 从已发布CAD直接进入样件/试制;
  • 可覆盖铝、不锈钢、合金钢、钛和工程塑料等多种材料;
  • 精确建立装配和公差链验证所需的基准;
  • 一次对比多个设计版本;
  • 很适合几十个零件号同时以小批量运行。

这正是典型的多品种、小批量(HMLV)环境。

精密铸造在哪里可以用——但必须有选择

不应该把精密铸造宣传成人形机器人主体结构的默认工艺。大尺寸轻量化铝框架和结构壳体,很多时候更适合CNC、压铸、锻造、挤压或钣金结构。

只有当下面条件同时成立时,精铸才值得认真评估:

  • 不锈钢、合金钢或其他可铸合金在功能上合适;
  • 结构足够复杂,可以合并多个机加工/焊接特征;
  • 年需求具有重复性,能够摊销模具;
  • 近净成形比极致轻量化板材/挤压结构更有价值;
  • 最终CNC可以集中在轴承位、接口和关键基准。

可能的例子包括复杂紧凑壳体、末端执行器零件、恶劣环境支架、部分执行器/减速器结构,以及机器人子系统里的泵阀零件。但每个零件仍然需要单独DFM,不能靠行业标签决定。

设计冻结后应该重新做一次工艺选择

机器人架构逐步成熟后,采购不应该简单把“样件CNC路线”放大到量产,而应重新评估以下问题:

实际的工艺转换评审会询问:

  1. 哪些零件号未来几个版本已经稳定?
  2. 哪些零件有可预测的多年需求?
  3. 每个CNC毛坯到底去掉多少材料?
  4. 哪些公差真正决定功能,哪些可以交给近净成形?
  5. 轻量化和材料利用率哪个更重要?
  6. 载荷路径更适合锻造、铸造、挤压还是焊接/钣金结构?
  7. 小型重复件是否可以用MIM替代大量切削?
  8. 稳定非铁合金壳体的量是否足以支持压铸模具?

目标不是消灭CNC,而是把精密加工留在真正需要精度的接口上。

按开发阶段安排制造路线

开发阶段 采购重点 常见制造侧重点
概念 / 样件 速度、结构学习、频繁变化 CNC、增材辅助、小批量制造
工程验证 可重复基准、装配、载荷测试、小批 CNC + 受控夹具和检测
试制 / 小批 版本稳定、降本、供应商验证 CNC + 首轮近净成形转换研究
爬坡 批量重复性、能力证据、模具准备 按零件族组合CNC、精铸、锻造、压铸、MIM
成熟平台 成本、自动化、产能、双源韧性 稳定零件采用模具化工艺,关键接口保留CNC

同一台机器人完全可能同时处于不同阶段:躯干已经稳定,但手、传感器支架或末端执行器还在每几周改版。

质量重点并没有脱离传统机械工程

人形机器人不需要一套“神秘的新质量体系”,但会把很多传统机械要求推得更紧:

  • 与关节装配一致的GD&T和基准体系;
  • 轴承配合和轴/孔几何;
  • 旋转系统的跳动和同轴度;
  • 线缆、密封附近的毛刺和锐边控制;
  • 关键结构件的材料/热处理追溯;
  • 快速改版阶段的首件检查;
  • 工艺稳定后再做有意义的Cpk能力研究;
  • 电机、轴承或减速器接口变化时的版本和变更控制。

对于多品种小批量试制,版本控制的重要性甚至不低于机床精度。加工得再漂亮的旧版本零件也仍然是不合格品。

中国HMLV供应商适合解决什么问题

中国密集的机器人、电动车、机加工和机电供应链确实可以缩短硬件迭代时间,但采购仍需要考虑知识产权、物流、出口管制、数据/安全要求和区域供应链韧性。

最适合的合作方式通常是零件级制造:客户控制设计,需要供应商对很多零件号稳定执行CNC/铸造、检测和版本管理,而不是找一个声称“会造人形机器人”的泛化供应商。

RFQ要点

机器人金属零件询价建议提供:发布版图纸/模型、当前版本状态、材料、所处阶段(样件/试制/量产)、预计批量和年需求、关键基准/配合、表面/重量限制、检测范围以及预计改版频率。如果结构已经足够稳定,可以要求供应商同时比较CNC全加工与近净成形 + 精加工,而不是把样件工艺直接按比例放大。

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