雖然不計成本研發(fā)生產(chǎn)出了樣品，達(dá)到了863計劃項目要求的工藝指標(biāo)，但離大批量生產(chǎn)要求的低成本、一致性、穩(wěn)定性等還有技術(shù)方面的短板
“RV減速機(jī)占據(jù)工業(yè)機(jī)器人成本的30%。我們之前從日本進(jìn)口減速機(jī)價格昂貴，現(xiàn)在用秦川機(jī)床制造的減速機(jī)，性能指標(biāo)差不多，價格能降低三分之一，這就將國外公司的同類型減速機(jī)產(chǎn)品從暴利打成了薄利?！?/p>
秦川機(jī)床聯(lián)合上下游單位，計劃兩年內(nèi)攻克高端RV減速機(jī)規(guī)?；圃礻P(guān)鍵難題，加速國產(chǎn)替代進(jìn)程。目前這一項目已完成圖紙和工藝設(shè)計，確定了結(jié)構(gòu)、零件尺寸、精度要求，后續(xù)進(jìn)行新品試制，將圖紙轉(zhuǎn)化為實(shí)物
【資料圖】
文 |《瞭望》新聞周刊記者 扈永順 鄭昕
“在汽車整車制造廠房里，什么時候才能看到自主品牌國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人？”這是廣州數(shù)控設(shè)備有限公司（下稱廣州數(shù)控）機(jī)械研發(fā)一室常務(wù)副主任江文明近期常與同行討論的話題。
中國是年使用機(jī)器人數(shù)量最多的國家，但高端工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的主要場景——整車廠里，以往卻鮮見國產(chǎn)高端工業(yè)機(jī)器人身影。沖壓、焊接、噴涂等高端工業(yè)機(jī)器人，基本依賴進(jìn)口。
擺脫進(jìn)口依賴的關(guān)鍵，是要實(shí)現(xiàn)高端工業(yè)機(jī)器人核心零部件國產(chǎn)化，例如RV減速機(jī)。減速機(jī)的功能是將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂運(yùn)動需要的低轉(zhuǎn)速，越是高精度、高可靠性、大負(fù)載多關(guān)節(jié)的高端工業(yè)機(jī)器人，對減速機(jī)精度的要求越高。當(dāng)前，我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)中低端RV減速機(jī)國產(chǎn)化，但高端RV減速機(jī)仍需進(jìn)口。
瞄準(zhǔn)提高國產(chǎn)核心零部件質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性，2021年以來，工業(yè)和信息化部等部門力推上下游聯(lián)合攻關(guān)，推動補(bǔ)齊核心元器件、加工工藝等短板。
2022年底，工業(yè)和信息化部將攻克高端工業(yè)機(jī)器人RV減速機(jī)列入16個重點(diǎn)產(chǎn)品、工藝“一條龍”應(yīng)用示范項目目錄中，張榜求賢。
秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司（下稱秦川機(jī)床）聯(lián)合上下游單位揭榜，合作攻關(guān)高端工業(yè)機(jī)器人RV減速機(jī)?！拔覀冇媱潈赡陜?nèi)攻克規(guī)?；圃礻P(guān)鍵難題，加速國產(chǎn)替代進(jìn)程?！鼻卮C(jī)床全資子公司陜西秦川高精傳動科技有限公司總經(jīng)理賀民安告訴《瞭望》新聞周刊記者，目前這一項目已經(jīng)完成RV減速機(jī)的圖紙和工藝設(shè)計，確定了結(jié)構(gòu)、零件尺寸、精度要求，后續(xù)進(jìn)行新品試制，將圖紙轉(zhuǎn)化成為實(shí)物。
記者采訪了解到，因?yàn)槌袚?dān)國家863計劃項目——機(jī)器人用RV減速機(jī)研發(fā)，秦川機(jī)床聯(lián)合相關(guān)院校科研團(tuán)隊在20年前就實(shí)現(xiàn)了RV減速機(jī)的技術(shù)突破，2014年開啟產(chǎn)業(yè)化，2020年實(shí)現(xiàn)中低端減速機(jī)的規(guī)?；a(chǎn)。在前期技術(shù)和工藝積累下，要在兩年時間完成高端RV減速機(jī)從圖紙到制造的突破，需要破解哪些難題？在機(jī)制上需要做哪些新的突破？
二十年前已突破的技術(shù)一度止步于產(chǎn)業(yè)化
在秦川機(jī)床的機(jī)器人RV減速機(jī)制造車間，一個被拆解開的RV減速機(jī)陳列在展柜內(nèi)，十多個零部件展示了其復(fù)雜的工藝?！懊總€零部件都能按原樣造出來，但因?yàn)榇嬖谡`差很難組裝到一起，即使組裝到一起也很難達(dá)到精度要求?！鼻卮C(jī)床RV減速機(jī)研發(fā)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人陳華平介紹。
在減速機(jī)家族的上百種不同類型中，RV減速機(jī)是一種有五大類關(guān)鍵零件的復(fù)雜齒輪傳動部件。為突破日本納博特斯克等企業(yè)對RV減速機(jī)的技術(shù)壟斷，上世紀(jì)末，秦川機(jī)床與大連交通大學(xué)聯(lián)合承擔(dān)了國家863計劃項目——機(jī)器人用RV減速機(jī)研發(fā)，研制出了我國第一臺RV250AⅡ減速機(jī)，并于1999年通過了國家863計劃智能機(jī)器人主題專家組的鑒定。
但這只解決了國產(chǎn)RV減速機(jī)的有無。陳華平介紹，“通過參加863計劃進(jìn)行前瞻性研究，秦川機(jī)床利用自身機(jī)床在高精度加工和高精度裝配的優(yōu)勢，采用精密定制精密工裝，打通了RV減速機(jī)單件零件加工、測量、整機(jī)裝配的技術(shù)瓶頸。”此次研發(fā)生產(chǎn)出的樣品，達(dá)到了863計劃項目要求的工藝指標(biāo)，但離大批量生產(chǎn)要求的低成本、一致性、穩(wěn)定性等還有技術(shù)方面的短板。
賀民安說，由于缺乏高可靠性、高精度、高效率的工藝裝備，缺少批量化生產(chǎn)用的工裝和測量設(shè)備等，RV減速機(jī)在從圖紙變成實(shí)物后就一直被塵封在倉庫之中。
“當(dāng)時國內(nèi)也缺少高端工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境，減速機(jī)沒有進(jìn)一步的研發(fā)需求。日本、德國等較早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化升級的國家因其豐富的工業(yè)應(yīng)用場景，先于我國在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域有了原始積累，RV減速機(jī)技術(shù)專利也多由日、德等公司壟斷?！辟R民安說。
優(yōu)化關(guān)鍵加工工藝 實(shí)現(xiàn)中低端國產(chǎn)替代
2010年前后，國內(nèi)一些工廠逐漸出現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場景，開始從國外進(jìn)口機(jī)器人產(chǎn)品。國內(nèi)一些工業(yè)機(jī)器人企業(yè)看到商機(jī)，針對減速機(jī)高精度要求及批量化生產(chǎn)的難點(diǎn)，加足馬力攻關(guān)減速機(jī)產(chǎn)業(yè)化難題。
2009年，秦川機(jī)床從產(chǎn)品性能、可靠性等方面對RV250AⅡ減速機(jī)做了新的設(shè)計和改進(jìn)，開發(fā)了加工需要的關(guān)鍵設(shè)備，尤其完善了相應(yīng)的工裝夾具，設(shè)計、制造了特殊的刀具，開始為一些公司提供試驗(yàn)樣機(jī)。
2014年開始，秦川機(jī)床加速推進(jìn)對五大類關(guān)鍵零件的加工工藝優(yōu)化，研制了包括偏心軸磨床、針齒殼磨床、擺線齒精加工機(jī)床、擺線輪等分孔精加工裝備，達(dá)到了生產(chǎn)中低端RV減速機(jī)的需求；為提高減速機(jī)零件的生產(chǎn)效率，秦川機(jī)床不斷改進(jìn)工裝夾具性能以確保加工精度，由最初手動裝夾夾具升級為液壓或氣動自動裝夾夾具，部分工裝夾具還采用了電磁夾具，利用電磁吸力將金屬零件固定，有效控制零件的裝夾變形，與普通工裝夾具相比，效率與精度大幅提高。
2017年，秦川機(jī)床已經(jīng)能夠批量產(chǎn)出小規(guī)格低負(fù)載為主的減速機(jī)，并于2020年底開始量產(chǎn)，產(chǎn)品主要應(yīng)用于碼垛、搬運(yùn)、石材切割等中低端工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。
走進(jìn)秦川機(jī)床的機(jī)器人RV減速機(jī)制造車間，記者看到組裝好的減速機(jī)正在等待測試，內(nèi)容包含傳動鏈誤差、回差、齒隙、扭轉(zhuǎn)剛性、彎矩剛性、無負(fù)載啟動力矩、效率、噪音等影響機(jī)器人作業(yè)效能的多項指標(biāo)。在一臺臺測試設(shè)備上，“西安交通大學(xué)”的校名、?；涨逦梢姡砻髁藱z測設(shè)備的來源。
“核心基礎(chǔ)零部件的研發(fā)，從來不是一家企業(yè)單打獨(dú)斗就能成功的，而是需要上下游單位聯(lián)合攻關(guān)?！辟R民安說。
2013年開始，西交大科研團(tuán)隊就與秦川機(jī)床合作研發(fā)減速機(jī)檢測裝備?！耙郧靶∨恐圃霷V減速機(jī)是送到檢驗(yàn)部門抽檢，但是規(guī)?；a(chǎn)需要全檢，要求速度快，就需要進(jìn)行現(xiàn)場檢測。我們根據(jù)秦川機(jī)床的需求，研發(fā)了系列在線在位檢測設(shè)備?！蔽鹘淮髾C(jī)械工程學(xué)院教授李兵告訴記者。
下游企業(yè)提供的豐富應(yīng)用場景以及使用信息反饋，不斷推動產(chǎn)品性能改進(jìn)?！皼]有應(yīng)用場景就難以發(fā)現(xiàn)問題，要實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代必須要有用戶驗(yàn)證?！辟R民安說。
“我們機(jī)器人制造企業(yè)有強(qiáng)烈的國產(chǎn)替代需求?！苯拿鞲嬖V記者，當(dāng)2014年秦川機(jī)床開發(fā)出小規(guī)格低負(fù)載RV減速機(jī)樣機(jī)時，廣州數(shù)控助力其做了樣機(jī)的應(yīng)用驗(yàn)證，并進(jìn)行了為期兩三年的測試。2017年秦川機(jī)床的部分減速機(jī)產(chǎn)品成熟面市，廣州數(shù)控每年采購近千臺，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)中低端工業(yè)機(jī)器人核心零部件的進(jìn)口替代。
“RV減速機(jī)占據(jù)工業(yè)機(jī)器人成本的30%。我們之前從日本進(jìn)口減速機(jī)價格昂貴，現(xiàn)在用秦川機(jī)床制造的減速機(jī)，性能指標(biāo)差不多，價格能降低三分之一，這就將國外公司的同類型減速機(jī)產(chǎn)品從暴利打成了薄利?！苯拿髡f。
秦川機(jī)床生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人RV減速機(jī)（2023年4月19日攝） 受訪者供圖
上下游緊密合作加速產(chǎn)業(yè)化
高端工業(yè)機(jī)器人RV減速機(jī)攻關(guān)項目是要解決國產(chǎn)大負(fù)載減速機(jī)普遍存在的精度保持性不足、可靠性低、運(yùn)行平穩(wěn)性和批量一致性差等問題?？蒲小⑸a(chǎn)、應(yīng)用“鐵三角”再度攜手，產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同攻關(guān)。
秦川機(jī)床在突破中低端工業(yè)機(jī)器人量產(chǎn)瓶頸過程中，優(yōu)化了加工工藝、研發(fā)了專用設(shè)備、積累了產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，為加速突破高端減速機(jī)產(chǎn)業(yè)化難題提供了基礎(chǔ)，此次作為工信部“一條龍”項目推進(jìn)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計、試驗(yàn)開發(fā)與改進(jìn)等；其他參與單位例如寧夏大學(xué)、西交大等高?？蒲袌F(tuán)隊負(fù)責(zé)理論研究、檢測設(shè)備研發(fā)；廣州數(shù)控、新松機(jī)器人自動化股份有限公司等負(fù)責(zé)示范應(yīng)用。
高端減速機(jī)對精度要求極高，為達(dá)到減速機(jī)的傳動精度，需要克服兩個難點(diǎn)，一是對擺線輪齒廓精確修形，二是高精度加工五大核心零件以減少誤差。
記者采訪了解到，為完成攻關(guān)，項目設(shè)立了三大主要目標(biāo)：建立RV減速機(jī)主動修形的理論及方法；攻克規(guī)模化制造關(guān)鍵難題，形成批量化制造工藝技術(shù)規(guī)范；降低高端RV減速機(jī)傳動誤差，在保持高精度輸出情況下平均額定壽命達(dá)到6000小時，達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。
擺線輪齒廓修形方法直接影響減速機(jī)的傳動精度、承載能力、使用壽命等性能指標(biāo)，關(guān)于這部分內(nèi)容沒有公開的論文、專利等資料，寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授任重義自主創(chuàng)新提出了一種擺線輪齒廓主動修形方法，能同時提高減速機(jī)的傳動精度和承載能力。“減速機(jī)的每個零件加工出來都會有誤差，如果擺線輪齒廓不修形，將導(dǎo)致減速機(jī)無法裝配。通過齒廓修形，可保證零件存在誤差時仍能裝配組成減速機(jī)。我們自主創(chuàng)新編寫了一套軟件，針對不同型號減速機(jī)，只要輸入基本參數(shù)，就能輸出擺線輪齒廓修形曲線、齒面接觸應(yīng)力曲線、回差及傳動精度曲線，供用戶查看及校核?！比沃亓x告訴記者。
對秦川機(jī)床來說，要實(shí)現(xiàn)高精度加工五大核心零件，“首先要提高機(jī)床性能和工藝設(shè)備的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高精度擺線輪等零件的制造；其次針對各零件特點(diǎn)研制快速、可靠的工裝夾具，例如高自動化和高智能化的工裝夾具?！辟R民安說。
作為參與產(chǎn)業(yè)鏈“一條龍”的下游機(jī)器人應(yīng)用企業(yè)，江文明說，會將樣機(jī)安裝在重載機(jī)器人上試用并反饋使用數(shù)據(jù)，在減速機(jī)的質(zhì)量優(yōu)化提升中提出具體需求。在后續(xù)研發(fā)對標(biāo)國外的減速機(jī)新產(chǎn)品時，雙方也將一同把需求分解到減速機(jī)研發(fā)的具體技術(shù)點(diǎn)中。
加速高端裝備制造的國產(chǎn)化，還應(yīng)在更長的鏈條中進(jìn)行“一條龍”示范，將更下游的汽車整車廠納入到產(chǎn)業(yè)鏈條中。江文明說，“當(dāng)前汽車整車廠的焊裝、沖壓、噴涂工業(yè)機(jī)器人基本都是用進(jìn)口品牌。純粹的市場驅(qū)動，對于整車廠使用自主品牌國產(chǎn)機(jī)器人并沒有很大的動力。希望政府能夠提供平臺，加強(qiáng)雙方認(rèn)知、產(chǎn)業(yè)鏈互動，共同推動自主品牌國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在汽車整車廠的應(yīng)用?！薄?/p>
