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RV減速器打破日企30年壟斷 “中國智造”機器人重塑成本優勢

    機器人被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”。工業機器人核心傳動部件——RV減速器關鍵核心技術一直由日企掌握,經過4年多校企合作攻關,我國RV減速器設計制造和批量生產取得重大突破,其精度、剛性、壽命等指標均達到或超過日企水平,打破日企30年的壟斷。

    國產減速器迎來機遇

    RV減速器傳動比大、傳動效率高、運動精度高、回差小、振動低、剛性大、可靠性高,是工業機器人的“御用”減速器,一臺工業機器人的腿部、腰部和肘部需要4至6臺RV減速器,減速器成本占40%至60%。目前,國際上具備大規模生產能力且產品性能可靠的RV減速器制造企業有三家。其中,日本納博特斯克擁有30多年技術積累,發展成為全球最大的精密減速器制造企業,制造規模每年約100萬臺,占全球60%的市場份額,在中、重負荷機器人領域占有率高達90%。

    RV減速器性能決定了工業機器人的水平,是我國機器人產業的“卡脖子”部件。為打壓中國機器人產業,納博特斯克出售給ABB、庫卡等四大機器人公司的減速器價格是給我國機器人企業價格的一半甚至更低。國內工業機器人廠商從納博特斯克拿貨還要被迫接受3至6個月的漫長供貨期。國產減速器價格雖然便宜,供貨期短,但“精度保持性”等產品關鍵性能遠不及日本產品,大多只能供中、低端機器人使用。

    北京工業大學教授張躍明介紹,全球工業4.0推動工業機器人需求不斷增長。全球工業機器人“四大家族”都在擴充規模,產量每年增長20%,對RV減速器的需求每三個季度翻一番,納博特斯克供不應求,給國產減速器帶來機遇。然而,國內開發RV減速器的企業最多時達50多家,現在真正有產品上市的不超過10家,能滿足機器人使用的不過兩三家。

    打破日企30年壟斷

    6年前,作為北京市科委國家重大專項,張躍明將日本RV減速器理論研究作為課題。他介紹,RV減速器設計制造涉及齒輪嚙合原理、動態力學分析,精度保持性、產品一致性、減速器與機器人算法結合是三項最核心的技術要求,需要長達10年的基礎理論和經驗數據積累。

    2015年底,河北智昆精密傳動科技有限公司(下稱“河北智昆”)與北京工業大學開展“產、學、研、用”一體深度合作,在RV減速器產品設計、數學建模、計算機仿真技術及齒輪嚙合理論等方面深入研究,解決了精度、壽命等困擾國內企業多年的關鍵問題。經過4年校企攻關,完成RV減速器產品設計、關鍵零部件制造工藝和測試技術研究,開發多種規格產品并批量生產,其精度、壽命、噪音等指標均達到或超過納博特斯克水平,實現國產化和產業化,打破日企30年的壟斷。

    河北智昆首席科學家、精密傳動研究院院長、北京工業大學教授張躍明說,RV減速器是精密傳動領域技術難度非常高的產品,納博特斯克為了維護其壟斷地位,將精度最高、加工難度最大的核心零部件放在日本生產。河北智昆與國家級實驗室合作,全部解決鋼材、鑄造、熱處理等問題,國家級實驗室和高精尖的機床設備、專門快速檢測工具支撐了RV減速器的低成本、高效率、穩定性、批量化生產制造。目前,河北智昆已經與ABB等十余家機器人企業建立合作關系,產品進入測試、試用階段,利用一年時間,完成6000小時以上全面功能測試印證和市場化應用,2至3年內將產品打入ABB、庫卡公司。

    張躍明說,全球機器人“四大家族”伴隨汽車工業發展壯大,其在汽車、3C電子等行業的地位難以撼動,國產機器人與“四大家族”在汽車、3C電子工業領域競爭已不太現實。國產RV減速器和工業機器人產業要良性互動,共同成長,不斷創新,培育更多應用場景,開拓新市場、做大新蛋糕,與日本RV減速器和“四大家族”開展錯位競爭,爭取“彎道反超”。

    河北智昆負責人陳陽認為,國產工業機器人企業可在全球機器人“四大家族”無暇顧及的制藥、鋼鐵、物流、家具、紡織、鞋服領域以及水下、防爆、無菌等特殊應用環境開拓市場,提升機器人設計制造配套和系統集成服務能力,單個企業在細分領域完成縱向經驗技術積累,再向橫向擴展更多應用空間。預計經過5年的高強度投入,隨著我國自主機器人產業的提升,相關制造業可以實現智能化、自動化升級,“中國制造”將重塑成本優勢。

    短板需要盡快彌補

    “RV減速器雖小,卻反映出一個國家的整體工業水平、制造能力。”張躍明說,國產RV減速器設計制造和批量生產取得重大突破,但是仍有一些短板需要盡快彌補,才能真正形成完全自主化優勢。

    首先是國產制造設備落后造成RV減速器生產成本較高,缺乏競爭力,存在技術風險隱患。核心零件針齒殼和擺線輪的加工設備從歐洲進口,單臺均在1500萬元以上,日本設備相對便宜,但對我國減速器企業禁售。國產機床精度與國外差距不大,但是對RV減速器零件加工工藝缺乏經驗。因此,需要機床企業與減速器企業聯合攻關,加速開發便宜好用的國產核心設備,提高減速器產品競爭力。

    其次是RV減速器核心零部件軸承仍受制于國外。國產軸承在RV減速器裝機時間短,精度和壽命不及進口產品。鑒于歐洲軸承價格昂貴,日產RV減速器軸承對我國禁售,RV減速器軸承國產化迫在眉睫,需要國內軸承企業潛心研究基礎理論,提高設計制造技術工藝水平,批量制造性能穩定的產品。

    第三是由于熱處理技術不過關,使零件變形較大,需提高熱處理工藝和國產熱處理設備制造水平,替代高價進口設備。(王民)

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