軍民技術融合提升國際競爭力

■ 王聞宇 陸昌勇

軍民技術融合提升國際競爭力

■ 王聞宇 陸昌勇

自20世紀80年代開始，國外軍民技術融合正在蓬勃發展，其中2-5臺加工中心與輸送裝置組成的FMC柔性制造單元得到迅速普及。本公司首創的復合柔性制造單元是國際流行的功能復合機床與柔性制造單元的技術集成：把2-5臺立式、臥式、龍門加工中心復合在同臺機床上，零件工序間輸送由高精度直線運動工作臺與回轉工作臺承擔，外部配置機器人、自動小車、滾道等輸送裝置，配置具有各種軟件的集中控制系統，具有80余項自主知識產權與核心技術。比國際流行的FMC柔性制造單元結構更緊湊，占地更小，投資更省，有利于國防工業發展先進高效制造模式，為產品設計制造關鍵技術提供高檔解決方案，軍民技術融合有利于提升國際競爭力。

隨著工業4.0走向智能制造，產品翻新日益加速，適用于大批生產的組合機床技術逐漸淡出，適用于個性化定制FMS柔性制造系統發展迅速，美國主要用于軍工、汽車、工程機械；德國用于變速箱、車軔；日本用于柴油機、機床等行業。一般適用零件尺寸為400-800mm，年產量為3000-30000的中小批量生產；不僅如此，目前各國都在致力發展大型關鍵零件的柔性加工，隨著我國航天、航空、核電、船舶、高鐵進入世界先進行列，加強軍民交流技術融合，有利于提升國際競爭力，具有自主知識產權與核心技術的復合柔性制造單元，可以廣泛用于航天航空、船舶工業的動力，推進和控制系統，用于大型關鍵零件的柔性制造：包括核動力、發動機、柴油機、燃汽輪機、蒸汽輪機、發電機組，推進電機、后傳動裝置、齒輪箱、各種泵閥、錨機等。

一、國內外FMC柔性制造單元發展情況

國外柔性制造單元正在迅速普及，圖1所示為英國KTM開發的典型化FMS。由四臺加工中心，有軌小車及托板存儲臺（最多15個）組成的FMC；這種把FMC和系統發展需要進行典型化設計，并分步組建FMS的方法，已受到世人矚目。

最近柔性制造系統FMC出現這樣一種發展趨勢，即小型化FMC的比重有所提高，這也是第十五屆日本國際機床展覽會展示的一個明顯特點。這種FMC，從節省占地面積的觀點出發，把多種功能集中在一起，開始出現所謂功能復合式新機床，即小型化FMC。

同FMS相比，由于FMC規模小，所以用戶買得起，制造廠容易賣出，系統有擴展性。它的重要性迅速提高（圖2），也就是說，FMC由于技術、經濟、社會的原因而獲得重視，最近國外許多機床廠（日本尤其突出）有意識地推進FMC的商品進程。這也是FMC迅速普及的重要原因。

國內柔性制造單元取得成功案例：

沈陽數控機床有限公司的SSK-U6035以車代磨柔性加工單元由立臥回轉工作臺，可自動換刀平旋盤的U軸組成六軸控制系統，配以隨動夾具及雷紹尼測量系統，特別適用于不規則表面的定位基準，經淬火處理的硬表面一次找正加工。

大連機床集團柔性制造島由一臺立式加工中心、一臺數控車床、一臺工業機器人組成，單元內能完成主機設備上料，加工、下料以及檢測過程的自動化。

杭州大天數控機床擁有立臥復合加工中心，立臥復合五面體加工中心，多面復合柔性制造單元等專利產品。

二、復合柔性制造單元創新性

近些年來杭州大天數控與日本雅馬哈、德國博世電動、法國維蘇威共同研發鋼琴、電動工具、光伏等民用產業的功能復合數控機床。并通過科技部創新基金項目、火炬計劃項目、浙江省重大科技專項，杭州市重大科技專項，消化吸收國外柔性加工技術，把柔性制造單元與復合機床技術集成，首創具有80余項專利的復合柔性制造單元。

復合柔性制造單元由多臺立式、臥式、龍門加工中心復合在同臺機床上，具有共同的底座、共同的工作臺，共同的柔性夾具，共同的智能集中控制系統；零件工序間輸送由高精度內部工作臺與回轉工作臺承擔，外部配置自動滾道、小車、機器人等輸送裝置；配置高檔控制系統與各種軟件，具有加工狀態、刀具壽命、在線檢測、遠程故障診斷等信息化管理與智能服務功能。

復合柔性制造單元尺寸為1000-3000mm的軍工大型關鍵零件，提供高效高精柔性加工的解決方案，常用于3-10個品種零件的柔性加工，工件一次裝夾完成3-5個面銑鏜鉆攻全部工序，消除了零件多次裝夾與翻轉的定位誤差與輔助工時，加工精度與生產效率更高；還可以配置車銑工作臺，五軸擺動頭，光纖激光系統與超聲發射系統，進一步擴大應用范圍。

三、復合柔性單元的基本結構與關鍵技術

復合柔性制造單元基本結構

●立式、臥式、龍門加工中心復合在同臺機床上。

●柔性夾具安裝在直線運動工作臺與回轉工作臺上。

●零件工序間輸送由高精度內部工作臺承擔，外部配置自動滾道等輸送裝置。

●高檔控制系統與各種軟件實現多品種快速更換與信息化管理、具備智能服務功能。

復合柔性制造單元十二項現代技術集成

●多主軸高效技術、多面加工高效技術、高速高精技術、先進刀具與工藝、多軸傳動技術。

●電氣與控制技術、智能化技術、模塊化技術、柔性配置技術、有限元分析與優化。

●可靠性技術、精度保持技術。

四、復合柔性制造單元的

成功案例

（一）船舶錨機變速箱三面復合柔性制造單元

企業原采用龍門機床、臥式鏜床與大型搖臂鉆加工，生產過程要搬動翻轉五次，加工周期為12h，由于多次裝夾定位誤差致使同軸度在0.05范圍內，采用三面復合柔性制造單元，加工周期縮短為3.3h，同軸度提高到0.01 mm，復合柔性單元由2臺臥式加工中心與1臺龍門加工中心組成。

（二）核電水泵五面復合柔性制造單元

該單元用于八種型號規格的核電大型水泵的泵體、泵蓋柔性加工，原加工需要六次搬運翻身，現工件一次裝夾實現泵體、泵蓋頂面與四個側面加工、消除了多次裝夾的定位誤差與輔助時間、加工時間由26小時縮短為6小時,孔系同軸度由0.05 mm提高到0.015mm；并且泵體泵蓋能實現互換，降低水泵的維修費用，提高水泵的檔次。

五、復合柔性制造單元的應用前景

綜上所述、工業4.0智能化時代，FMC擁有高效高精高柔性的優良特性，正在國內外獲得蓬勃發展；目前我國尺寸為400-800mm的中小件，產量為3000-30000的中小件批量的柔性加工線發展較好；但是尺寸在1000-3000mm的中大型零件的高效、高精、高柔性加工嚴重滯后，直接影響我國大型泵閥、大型電機、大型發動機、風電齒輪箱等行業的產品升級；特別是西方國家對我國軍工產業引進高檔數控機床技術封鎖，影響了航天航空、艦艇、核電、兵器的制造水平提高。

經浙江省科技信息研究院檢索：杭州大天數控研發的多面復合柔性制造單元“2-5臺立式、臥式與龍門加工中心復合在同臺機床上，柔性夾具安裝在直線運動或回轉工作臺上，國內外相關產品中尚未見具體述及”，大力發展多面立臥復合的高檔數控機床與復合柔性制造單元，能夠為民用與軍工大型關鍵零件提供高檔解決方案。

六、復合柔性制造單元有良好的應用前景

（一）我國的高檔復合機床主要集中在國外引進的車銑復合系列機床，發展多面立臥復合機床能大幅度拓寬應用范圍，滿足大型零件的多面多工序高精加工需求。

（二）適應“中國制造2025”的時代需求，高檔復合機床與柔性制造單元為工廠物聯網與智能制造提供高效智能化裝備。

（三）適應軍民技術融合需求，軍工產品有很高的技術要求，軍民融合消化吸收國外柔性制造技術，根據軍工的特殊需求進行二次開發，為核電、風電、航天航空、艦艇、兵器大型關鍵零件、大型結構件提供個性化的柔性制造單元，實現一次裝夾完成2-5個面的多面銑鏜鉆攻、多面車銑復合、多面五軸聯動多面激光與超聲加工，有良好的發展前景。

［1］科技部.立臥復合柔性制造單元查新報告201633B2109675

［2］琳琳.柔性制造單元（FMC）及其應用，減速機信息網2007.4.6

［3］蔣慶全.柔性制造單元的現狀及發展趨勢，“機械制造”1998年第四期

［4］王要敏.柔性制造單元（FMC）的發展現狀，組合機床及自動化技術1994第1期

［5］徐嘉模.柔性制造技術國內外發展動向及我國發展戰略分析，組合機床及自動化技術1992年第2期

王聞宇，在原機床工具協會梁訓暄會長指導下，從事“高檔復合機床研究與產業化”，主持6項國家、省市科技項目，擁有80余項專利）