雖然不計成本研發(fā)生產(chǎn)出了樣品，達到了863計劃項目要求的工藝指標，但離大批量生產(chǎn)要求的低成本、一致性、穩(wěn)定性等還有技術方面的短板
“RV減速機占據(jù)工業(yè)機器人成本的30%。我們之前從日本進口減速機價格昂貴，現(xiàn)在用秦川機床制造的減速機，性能指標差不多，價格能降低三分之一，這就將國外公司的同類型減速機產(chǎn)品從暴利打成了薄利?！?/span>
秦川機床聯(lián)合上下游單位，計劃兩年內(nèi)攻克高端RV減速機規(guī)?；圃礻P鍵難題，加速國產(chǎn)替代進程。目前這一項目已完成圖紙和工藝設計，確定了結構、零件尺寸、精度要求，后續(xù)進行新品試制，將圖紙轉(zhuǎn)化為實物
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)機器人？”這是廣州數(shù)控設備有限公司（下稱廣州數(shù)控）機械研發(fā)一室常務副主任江文明近期常與同行討論的話題。
中國是年使用機器人數(shù)量最多的國家，但高端工業(yè)機器人應用的主要場景——整車廠里，以往卻鮮見國產(chǎn)高端工業(yè)機器人身影。沖壓、焊接、噴涂等高端工業(yè)機器人，基本依賴進口。
擺脫進口依賴的關鍵，是要實現(xiàn)高端工業(yè)機器人核心零部件國產(chǎn)化，例如RV減速機。減速機的功能是將電機的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為機械臂運動需要的低轉(zhuǎn)速，越是高精度、高可靠性、大負載多關節(jié)的高端工業(yè)機器人，對減速機精度的要求越高。當前，我國已經(jīng)實現(xiàn)中低端RV減速機國產(chǎn)化，但高端RV減速機仍需進口。
瞄準提高國產(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，推動補齊核心元器件、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)機器人RV減速機列入16個重點產(chǎn)品、工藝“一條龍”應用示范項目目錄中，張榜求賢。
秦川機床工具集團股份公司（下稱秦川機床）聯(lián)合上下游單位揭榜，合作攻關高端工業(yè)機器人RV減速機?！拔覀冇媱潈赡陜?nèi)攻克規(guī)?；圃礻P鍵難題，加速國產(chǎn)替代進程?！鼻卮C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減速機的圖紙和工藝設計，確定了結構、零件尺寸、精度要求，后續(xù)進行新品試制，將圖紙轉(zhuǎn)化成為實物。
記者采訪了解到，因為承擔國家863計劃項目——機器人用RV減速機研發(fā)，秦川機床聯(lián)合相關院?？蒲袌F隊在20年前就實現(xiàn)了RV減速機的技術突破，2014年開啟產(chǎn)業(yè)化，2020年實現(xiàn)中低端減速機的規(guī)?；a(chǎn)。在前期技術和工藝積累下，要在兩年時間完成高端RV減速機從圖紙到制造的突破，需要破解哪些難題？在機制上需要做哪些新的突破？
二十年前已突破的技術一度止步于產(chǎn)業(yè)化
在秦川機床的機器人RV減速機制造車間，一個被拆解開的RV減速機陳列在展柜內(nèi)，十多個零部件展示了其復雜的工藝。“每個零部件都能按原樣造出來，但因為存在誤差很難組裝到一起，即使組裝到一起也很難達到精度要求。”秦川機床RV減速機研發(fā)團隊負責人陳華平介紹。
在減速機家族的上百種不同類型中，RV減速機是一種有五大類關鍵零件的復雜齒輪傳動部件。為突破日本納博特斯克等企業(yè)對RV減速機的技術壟斷，上世紀末，秦川機床與大連交通大學聯(lián)合承擔了國家863計劃項目——機器人用RV減速機研發(fā)，研制出了我國第一臺RV250AⅡ減速機，并于1999年通過了國家863計劃智能機器人主題專家組的鑒定。
但這只解決了國產(chǎn)RV減速機的有無。陳華平介紹，“通過參加863計劃進行前瞻性研究，秦川機床利用自身機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減速機單件零件加工、測量、整機裝配的技術瓶頸?！贝舜窝邪l(fā)生產(chǎn)出的樣品，達到了863計劃項目要求的工藝指標，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)用的工裝和測量設備等，RV減速機在從圖紙變成實物后就一直被塵封在倉庫之中。
“當時國內(nèi)也缺少高端工業(yè)機器人的應用環(huán)境，減速機沒有進一步的研發(fā)需求。日本、德國等較早實現(xiàn)工業(yè)化升級的國家因其豐富的工業(yè)應用場景，先于我國在工業(yè)機器人領域有了原始積累，RV減速機技術專利也多由日、德等公司壟斷?！辟R民安說。
優(yōu)化關鍵加工工藝 實現(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)機器人應用場景，開始從國外進口機器人產(chǎn)品。國內(nèi)一些工業(yè)機器人企業(yè)看到商機，針對減速機高精度要求及批量化生產(chǎn)的難點，加足馬力攻關減速機產(chǎn)業(yè)化難題。
2009年，秦川機床從產(chǎn)品性能、可靠性等方面對RV250AⅡ減速機做了新的設計和改進，開發(fā)了加工需要的關鍵設備，尤其完善了相應的工裝夾具，設計、制造了特殊的刀具，開始為一些公司提供試驗樣機。
2014年開始，秦川機床加速推進對五大類關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、擺線齒精加工機床、擺線輪等分孔精加工裝備，達到了生產(chǎn)中低端RV減速機的需求；為提高減速機零件的生產(chǎn)效率，秦川機床不斷改進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，秦川機床已經(jīng)能夠批量產(chǎn)出小規(guī)格低負載為主的減速機，并于2020年底開始量產(chǎn)，產(chǎn)品主要應用于碼垛、搬運、石材切割等中低端工業(yè)機器人領域。
走進秦川機床的機器人RV減速機制造車間，記者看到組裝好的減速機正在等待測試，內(nèi)容包含傳動鏈誤差、回差、齒隙、扭轉(zhuǎn)剛性、彎矩剛性、無負載啟動力矩、效率、噪音等影響機器人作業(yè)效能的多項指標。在一臺臺測試設備上，“西安交通大學”的校名、?；涨逦梢?，表明了檢測設備的來源。
“核心基礎零部件的研發(fā)，從來不是一家企業(yè)單打獨斗就能成功的，而是需要上下游單位聯(lián)合攻關。”賀民安說。
2013年開始，西交大科研團隊就與秦川機床合作研發(fā)減速機檢測裝備?！耙郧靶∨恐圃霷V減速機是送到檢驗部門抽檢，但是規(guī)?；a(chǎn)需要全檢，要求速度快，就需要進行現(xiàn)場檢測。我們根據(jù)秦川機床的需求，研發(fā)了系列在線在位檢測設備。”西交大機械工程學院教授李兵告訴記者。
下游企業(yè)提供的豐富應用場景以及使用信息反饋，不斷推動產(chǎn)品性能改進?！皼]有應用場景就難以發(fā)現(xiàn)問題，要實現(xiàn)進口替代必須要有用戶驗證。”賀民安說。
“我們機器人制造企業(yè)有強烈的國產(chǎn)替代需求?！苯拿鞲嬖V記者，當2014年秦川機床開發(fā)出小規(guī)格低負載RV減速機樣機時，廣州數(shù)控助力其做了樣機的應用驗證，并進行了為期兩三年的測試。2017年秦川機床的部分減速機產(chǎn)品成熟面市，廣州數(shù)控每年采購近千臺，實現(xiàn)了國產(chǎn)中低端工業(yè)機器人核心零部件的進口替代。
“RV減速機占據(jù)工業(yè)機器人成本的30%。我們之前從日本進口減速機價格昂貴，現(xiàn)在用秦川機床制造的減速機，性能指標差不多，價格能降低三分之一，這就將國外公司的同類型減速機產(chǎn)品從暴利打成了薄利?！苯拿髡f。
上下游緊密合作加速產(chǎn)業(yè)化
高端工業(yè)機器人RV減速機攻關項目是要解決國產(chǎn)大負載減速機普遍存在的精度保持性不足、可靠性低、運行平穩(wěn)性和批量一致性差等問題?？蒲小⑸a(chǎn)、應用“鐵三角”再度攜手，產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同攻關。
秦川機床在突破中低端工業(yè)機器人量產(chǎn)瓶頸過程中，優(yōu)化了加工工藝、研發(fā)了專用設備、積累了產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗，為加速突破高端減速機產(chǎn)業(yè)化難題提供了基礎，此次作為工信部“一條龍”項目推進機構負責產(chǎn)品規(guī)劃、設計、試驗開發(fā)與改進等；其他參與單位例如寧夏大學、西交大等高?？蒲袌F隊負責理論研究、檢測設備研發(fā)；廣州數(shù)控、新松機器人自動化股份有限公司等負責示范應用。
高端減速機對精度要求極高，為達到減速機的傳動精度，需要克服兩個難點，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，項目設立了三大主要目標：建立RV減速機主動修形的理論及方法；攻克規(guī)模化制造關鍵難題，形成批量化制造工藝技術規(guī)范；降低高端RV減速機傳動誤差，在保持高精度輸出情況下平均額定壽命達到6000小時，達到國際標準。
擺線輪齒廓修形方法直接影響減速機的傳動精度、承載能力、使用壽命等性能指標，關于這部分內(nèi)容沒有公開的論文、專利等資料，寧夏大學機械工程學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，能同時提高減速機的傳動精度和承載能力?！皽p速機的每個零件加工出來都會有誤差，如果擺線輪齒廓不修形，將導致減速機無法裝配。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。我們自主創(chuàng)新編寫了一套軟件，針對不同型號減速機，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。
對秦川機床來說，要實現(xiàn)高精度加工五大核心零件，“首先要提高機床性能和工藝設備的穩(wěn)定性，實現(xiàn)高精度擺線輪等零件的制造；其次針對各零件特點研制快速、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”的下游機器人應用企業(yè)，江文明說，會將樣機安裝在重載機器人上試用并反饋使用數(shù)據(jù)，在減速機的質(zhì)量優(yōu)化提升中提出具體需求。在后續(xù)研發(fā)對標國外的減速機新產(chǎn)品時，雙方也將一同把需求分解到減速機研發(fā)的具體技術點中。
加速高端裝備制造的國產(chǎn)化，還應在更長的鏈條中進行“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，“當前汽車整車廠的焊裝、沖壓、噴涂工業(yè)機器人基本都是用進口品牌。純粹的市場驅(qū)動，對于整車廠使用自主品牌國產(chǎn)機器人并沒有很大的動力。希望政府能夠提供平臺，加強雙方認知、產(chǎn)業(yè)鏈互動，共同推動自主品牌國產(chǎn)工業(yè)機器人在汽車整車廠的應用?！薄?/span>
