雖然不計(jì)成本研發(fā)生產(chǎn)出了樣品,達(dá)到了863計(jì)劃項(xiàng)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(jià)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(jià)格能降低三分之一,這就將國(guó)外公司的同類型減速機(jī)產(chǎn)品從暴利打成了薄利。”
秦川機(jī)床聯(lián)合上下游單位,計(jì)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(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程。目前這一項(xiàng)目已完成圖紙和工藝設(shè)計(jì),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
“在汽車整車制造廠房里,什么時(shí)候才能看到自主品牌國(guó)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(guó)是年使用機(jī)器人數(shù)量最多的國(guó)家,但高端工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的主要場(chǎng)景——整車廠里,以往卻鮮見(jiàn)國(guó)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(guó)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(dòng)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(duì)減速機(jī)精度的要求越高。當(dāng)前,我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)中低端RV減速機(jī)國(guó)產(chǎn)化,但高端RV減速機(jī)仍需進(jìn)口。
瞄準(zhǔn)提高國(guó)產(chǎn)核心零部件質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性,2021年以來(lái),工業(yè)和信息化部等部門力推上下游聯(lián)合攻關(guān),推動(dòng)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(gè)重點(diǎn)產(chǎn)品、工藝“一條龍”應(yīng)用示范項(xiàng)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)。“我們計(jì)劃兩年內(nèi)攻克規(guī)?;圃礻P(guān)鍵難題,加速國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程。”秦川機(jī)床全資子公司陜西秦川高精傳動(dòng)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(xiàng)目已經(jīng)完成RV減速機(jī)的圖紙和工藝設(shè)計(jì),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(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)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??蒲袌F(tuán)隊(duì)在20年前就實(shí)現(xiàn)了RV減速機(jī)的技術(shù)突破,2014年開(kāi)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(shí)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(gè)被拆解開(kāi)的RV減速機(jī)陳列在展柜內(nèi),十多個(gè)零部件展示了其復(fù)雜的工藝。“每個(gè)零部件都能按原樣造出來(lái),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。”秦川機(jī)床RV減速機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(dòng)部件。為突破日本納博特斯克等企業(yè)對(duì)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(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目——機(jī)器人用RV減速機(jī)研發(fā),研制出了我國(guó)第一臺(tái)RV250AⅡ減速機(jī),并于1999年通過(guò)了國(guó)家863計(jì)劃智能機(jī)器人主題專家組的鑒定。
但這只解決了國(guó)產(chǎn)RV減速機(jī)的有無(wú)。陳華平介紹,“通過(guò)參加863計(jì)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(shì),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(cè)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(jì)劃項(xiàng)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(shuō),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(cè)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(cāng)庫(kù)之中。
“當(dāng)時(shí)國(guó)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(méi)有進(jìn)一步的研發(fā)需求。日本、德國(guó)等較早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化升級(jí)的國(guó)家因其豐富的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景,先于我國(guó)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。”賀民安說(shuō)。
優(yōu)化關(guān)鍵加工工藝實(shí)現(xiàn)中低端國(guó)產(chǎn)替代
2010年前后,國(guó)內(nèi)一些工廠逐漸出現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景,開(kāi)始從國(guó)外進(jìn)口機(jī)器人產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)一些工業(yè)機(jī)器人企業(yè)看到商機(jī),針對(duì)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(duì)RV250AⅡ減速機(jī)做了新的設(shè)計(jì)和改進(jìn),開(kāi)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(jì)、制造了特殊的刀具,開(kāi)始為一些公司提供試驗(yàn)樣機(jī)。
2014年開(kāi)始,秦川機(jī)床加速推進(jìn)對(duì)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(dòng)裝夾夾具升級(jí)為液壓或氣動(dòng)自動(dòng)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(kāi)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(cè)試,內(nèi)容包含傳動(dòng)鏈誤差、回差、齒隙、扭轉(zhuǎn)剛性、彎矩剛性、無(wú)負(fù)載啟動(dòng)力矩、效率、噪音等影響機(jī)器人作業(yè)效能的多項(xiàng)指標(biāo)。在一臺(tái)臺(tái)測(cè)試設(shè)備上,“西安交通大學(xué)”的校名、?;涨逦梢?jiàn),表明了檢測(cè)設(shè)備的來(lái)源。
“核心基礎(chǔ)零部件的研發(fā),從來(lái)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)。”賀民安說(shuō)。
2013年開(kāi)始,西交大科研團(tuán)隊(duì)就與秦川機(jī)床合作研發(fā)減速機(jī)檢測(cè)裝備。“以前小批量制造RV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(chǎng)檢測(cè)。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(cè)設(shè)備。”西交大機(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(chǎng)景以及使用信息反饋,不斷推動(dòng)產(chǎn)品性能改進(jìn)。“沒(méi)有應(yīng)用場(chǎng)景就難以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,要實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代必須要有用戶驗(yàn)證。”賀民安說(shuō)。
“我們機(jī)器人制造企業(yè)有強(qiáng)烈的國(guó)產(chǎn)替代需求。”江文明告訴記者,當(dāng)2014年秦川機(jī)床開(kāi)發(fā)出小規(guī)格低負(fù)載RV減速機(jī)樣機(jī)時(shí),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(cè)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(gòu)近千臺(tái),實(shí)現(xiàn)了國(guó)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(jià)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(jià)格能降低三分之一,這就將國(guó)外公司的同類型減速機(jī)產(chǎn)品從暴利打成了薄利。”江文明說(shuō)。
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(xiàng)目是要解決國(guó)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(wèn)題??蒲?、生產(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(guò)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(xiàng)目推進(jìn)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)開(kāi)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(duì)負(fù)責(zé)理論研究、檢測(cè)設(shè)備研發(fā);廣州數(shù)控、新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司等負(fù)責(zé)示范應(yīng)用。
高端減速機(jī)對(duì)精度要求極高,為達(dá)到減速機(jī)的傳動(dòng)精度,需要克服兩個(gè)難點(diǎn),一是對(duì)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(xiàng)目設(shè)立了三大主要目標(biāo):建立RV減速機(jī)主動(dòng)修形的理論及方法;攻克規(guī)?;圃礻P(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(dòng)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(shí),達(dá)到國(guó)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(dòng)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(méi)有公開(kāi)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(dòng)修形方法,能同時(shí)提高減速機(jī)的傳動(dòng)精度和承載能力。“減速機(jī)的每個(gè)零件加工出來(lái)都會(huì)有誤差,如果擺線輪齒廓不修形,將導(dǎo)致減速機(jī)無(wú)法裝配。通過(guò)齒廓修形,可保證零件存在誤差時(shí)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(duì)不同型號(hào)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(dòng)精度曲線,供用戶查看及校核。”任重義告訴記者。
對(duì)秦川機(jī)床來(lái)說(shuō),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(duì)各零件特點(diǎn)研制快速、可靠的工裝夾具,例如高自動(dòng)化和高智能化的工裝夾具。”賀民安說(shuō)。
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(shuō),會(huì)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?jī)?yōu)化提升中提出具體需求。在后續(xù)研發(fā)對(duì)標(biāo)國(guó)外的減速機(jī)新產(chǎn)品時(shí),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(guó)產(chǎn)化,還應(yīng)在更長(zhǎng)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(shuō),“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(chǎng)驅(qū)動(dòng),對(duì)于整車廠使用自主品牌國(guó)產(chǎn)機(jī)器人并沒(méi)有很大的動(dòng)力。希望政府能夠提供平臺(tái),加強(qiáng)雙方認(rèn)知、產(chǎn)業(yè)鏈互動(dòng),共同推動(dòng)自主品牌國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在汽車整車廠的應(yīng)用。”■ 文 |《瞭望》新聞周刊記者 扈永順 鄭昕
(責(zé)任編輯:陳冬梅)