工業機器人RV減速器關鍵部件制造及對我國精密機床發展思考

■北京圣藍拓數控技術有限公司總經理 宋 松

工業機器人RV減速器關鍵部件制造及對我國精密機床發展思考

■北京圣藍拓數控技術有限公司總經理 宋 松

2014年我國制造業乃至經濟領域有一個非常熱的詞——工業機器人。由于勞動成本上升和產業結構調整，特別是工業機器人售價已經達到了一個可以接受的水平，工業機器人四大家族的上下料機器人（15kg以下）的售價，不含工藝工裝，僅機器人本體已經接近20萬元，雖然是一個普通操作工年收入的5～6倍，但是工業機器人可以三班24h工作，沒有情緒，不需要五險一金、不需要宿舍和勞保，另外機器人的平均壽命超過10年，按年折舊計算，加上維護保養費用，每年不過3萬～4萬元的使用成本，由于工業機器人能夠24h工作，實際使用成本大大低于人工成本。

加之國家層面產業升級的倡導和政策傾斜，2014年工業機器人前所未有的備受關注，業內人士估算我國2014年工業機器人裝機量超過4萬臺，占到世界總產量的20%，超過日本，并成為世界工業機器人第一大消費市場。

1. RV減速器技術

然而工業機器人核心技術之一，也是工業機器人機械部分最核心的技術——機器人關節，特別是機器人關節的RV減速器技術，我們目前處于什么水平呢？

目前應用于機器人領域的減速機主要有兩種，一種是RV減速器，另一種是諧波減速器。在關節型機器人中，由于RV減速器具有更高的剛度和回轉精度，一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置，而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部。對于高精度機器人RV減速器（見圖1），日本具備絕對領先優勢，目前全球機器人行業75%的精密減速機被日本的Nabtesco（帝人）和Harmonic Drive兩家壟斷（業界俗稱RV減速機和諧波減速機），包括ABB、FANUC、KUKA等國際主流機器人廠商的減速器均由上述兩家公司提供。

圖1

其中Harmonic Drive在工業機器人關節領域擁有15%的市場占有率。另外，德國SEW傳動設備公司和德國弗蘭德FLENDER公司也占據了一定的市場份額。

目前國內機器人制造企業所使用的大部分的機座、大臂、肩部等重負載RV減速器仍然嚴重依賴進口，并且主要來自Nabtesco（帝人）和Harmonic Drive兩家企業的產品。

雖然國內的上海電機和秦川發展兩家企業開始投入研發，秦發展擬投資1.94億元投資投建機器人關節項目，但目前也是難以在激烈的市場競爭中占據有利地位。

2. RV減速器關鍵部件制造與機床

RV減速器結構如圖2所示。

其中，關鍵零部件的制造是RV齒輪（見圖3）和針齒殼齒槽的加工：對于RV弧形齒，其弧形齒面的精度要求非常高，齒形、齒面精度制約機器人關節的精度、運行速度，特別是加速度，以及承重等技術指標。而此齒面的加工不是通用齒輪磨床能夠加工出來的，因為它不是漸開線齒輪，不適用范成法加工和計算。

圖2

圖3　RV齒輪

2014年6月18～22日在北京舉辦的CIMES2014展會期間，聯合磨削集團在展臺展出了美蓋勒（M?GERLE）公司的MFP–125.50.65高精度數控成形磨床（針齒殼齒槽）以及高精度數控成形磨床（擺線齒盤）（見圖4～圖6）。

該機床特點：采用大功率水冷式磨削主軸電機、全自動砂輪動平衡系統、數控隨動噴水系統。

主軸徑向跳動可達0.001mm左右，并可實現在線測量，其工件磨削精度和表面粗糙度無可挑剔。機床主機（不含冷卻系統）占地面積約5m2，重量不足10t，但是售價折合1 200萬元。

圖4　美蓋勒高精度數控成形磨床（擺線齒盤）

圖5　美蓋勒高精度數控成形磨床（針齒殼齒槽）

圖6　采用西門子840D-SL數控系統，編制專用的HMI個性化界面

3. 對我國精密機床制造業的發展思考

從上面提到的美蓋勒RV齒輪磨齒機，之所以售價如此之高，是因為做到了“新（技術創新）”、 “專（工藝精良及專業）”、“精（機床校驗精度及精度保持性）”，從而達到了機床制造的“強”！

如果僅從產量和產值比較，美蓋勒公司的年產量和產值比我國量產機床廠卻少得多！美蓋勒公司為了保證產品的質量和合理的勞動生產率，嚴格控制訂單數量。但是一臺美蓋勒RV齒輪磨齒機的價格可以購買120多臺國產數控車床，這就是“強”與“大”的差異。

在中國制造業高速發展的時候，市場需求也是多樣化、多層次的，我們不可否認，我國機床企業經過不懈努力，把數控機床從“神壇”上拉到我們最普通的制造業中，使我國機床數控率在短時間得到了大幅提升，同時將數控應用技術快速普及，使我們與國外的差距快速縮小。

但是當我們用流水線的方式，以每30min下線一臺數控車床的時候，我們的工人在不到30min安裝完一套滾珠絲杠的時候，我們這種所謂生產方式的創新是否背離了機床制造最基本的理念？正如原機械工業部副部長沈烈初在《從現實與歷史剖析，機床工具行業如何走出困境》中描述的那樣，“作為工作母機的機床工具行業與IT行業不完全相同，它需要長期的經驗累積而發展的。因此沒有一大批像周勤之、張梅華這樣的科技工作者，

沒有一大批擁有技術訣竅的關鍵工種的技師與調試技師，如何保證精度一致性？”

那么我們距離“做強”的距離就那么遙遠嗎？答案是否定的，下面討論兩個案例，一個是國內的，一個是國外的。

2002年筆者曾去湖南南方動力做工程，給我印象很深的一件事是，這家生產直升機發動機精密制造的企業，將一臺我國昆明機床廠20世紀70年代末生產的一臺坐標鏜床與瑞士精密機床一起放置在恒溫車間，操作師傅說，這臺國產坐標鏜雖然用了30年，但是精度非常好，導軌上的刀花依舊清晰可見，廠里的一些關鍵部件還要在這臺機床上加工。此案例說明我們昆機當年生產的機床精度保持可達30年之久，與其精湛的鑄造、鑄造時效、精刮研等傳統工藝的傳承密閉可分。昆明機床廠始建于1936年，底蘊深厚的企業背景，造就出了優質的產品。

另一個案例是，2011年KMT科美騰中國總經理李陽來我公司考察，講了一個科美騰的發展史，這家1875年在瑞典斯德哥爾摩成立的公司，1908年開始從事機床制造業務，至今已有100多年的歷史。這100年來，也是歐洲工業革命、經濟大發展的100年，也同樣經歷了房地產、金融大發展的階段。KMT公司的掌門人認為他們只會做機床，外面的誘惑再多，跟他們無關，他們潛心一直致力于精密磨床的制造和研究，時至今日，他們的確沒有成為金融大鱷，但是他們把針孔磨床做到了極致，在今天油泵油嘴行業，沒有誰不知道KMT這個品牌的，知名的汽車油泵油嘴企業首選他們的精密磨床。

從上面兩個案例，想說明的是，把事情做好真的沒有那么難，難的是我們的觀念！今天我們進入了互聯網時代，掙快錢的思維有形無形的影響著我們，我們在千方百計得到“利”的時候，千萬別失去了“業”。從邏輯上講，有得必有失，有取必有舍。如何取舍？是我們業內人士認真思考的時候了，否則我們永遠走不出制造強國的路。

收稿日期：（20150220）