機(jī)器人被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。工業(yè)機(jī)器人核心傳動(dòng)部件——RV減速器關(guān)鍵核心技術(shù)一直由日企掌握，經(jīng)過4年多校企合作攻關(guān)，我國(guó)RV減速器設(shè)計(jì)制造和批量生產(chǎn)取得重大突破，其精度、剛性、壽命等指標(biāo)均達(dá)到或超過日企水平，打破日企30年的壟斷。
國(guó)產(chǎn)減速器迎來機(jī)遇
RV減速器傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、振動(dòng)低、剛性大、可靠性高，是工業(yè)機(jī)器人的“御用”減速器，一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的腿部、腰部和肘部需要4至6臺(tái)RV減速器，減速器成本占40%至60%。目前，國(guó)際上具備大規(guī)模生產(chǎn)能力且產(chǎn)品性能可靠的RV減速器制造企業(yè)有三家。其中，日本納博特斯克擁有30多年技術(shù)積累，發(fā)展成為全球最大的精密減速器制造企業(yè)，制造規(guī)模每年約100萬臺(tái)，占全球60%的市場(chǎng)份額，在中、重負(fù)荷機(jī)器人領(lǐng)域占有率高達(dá)90%。
RV減速器性能決定了工業(yè)機(jī)器人的水平，是我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“卡脖子”部件。為打壓中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，納博特斯克出售給ABB、庫卡等四大機(jī)器人公司的減速器價(jià)格是給我國(guó)機(jī)器人企業(yè)價(jià)格的一半甚至更低。國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人廠商從納博特斯克拿貨還要被迫接受3至6個(gè)月的漫長(zhǎng)供貨期。國(guó)產(chǎn)減速器價(jià)格雖然便宜，供貨期短，但“精度保持性”等產(chǎn)品關(guān)鍵性能遠(yuǎn)不及日本產(chǎn)品，大多只能供中、低端機(jī)器人使用。
北京工業(yè)大學(xué)教授張躍明介紹，全球工業(yè)4.0推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人需求不斷增長(zhǎng)。全球工業(yè)機(jī)器人“四大家族”都在擴(kuò)充規(guī)模，產(chǎn)量每年增長(zhǎng)20%，對(duì)RV減速器的需求每三個(gè)季度翻一番，納博特斯克供不應(yīng)求，給國(guó)產(chǎn)減速器帶來機(jī)遇。然而，國(guó)內(nèi)開發(fā)RV減速器的企業(yè)最多時(shí)達(dá)50多家，現(xiàn)在真正有產(chǎn)品上市的不超過10家，能滿足機(jī)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(guó)家重大專項(xiàng)，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(shè)計(jì)制造涉及齒輪嚙合原理、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析，精度保持性、產(chǎn)品一致性、減速器與機(jī)器人算法結(jié)合是三項(xiàng)最核心的技術(shù)要求，需要長(zhǎng)達(dá)10年的基礎(chǔ)理論和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累。
2015年底，河北智昆精密傳動(dòng)科技有限公司(下稱“河北智昆”)與北京工業(yè)大學(xué)開展“產(chǎn)、學(xué)、研、用”一體深度合作，在RV減速器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)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(guó)內(nèi)企業(yè)多年的關(guān)鍵問題。經(jīng)過4年校企攻關(guān)，完成RV減速器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零部件制造工藝和測(cè)試技術(shù)研究，開發(fā)多種規(guī)格產(chǎn)品并批量生產(chǎn)，其精度、壽命、噪音等指標(biāo)均達(dá)到或超過納博特斯克水平，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，打破日企30年的壟斷。
河北智昆首席科學(xué)家、精密傳動(dòng)研究院院長(zhǎng)、北京工業(yè)大學(xué)教授張躍明說，RV減速器是精密傳動(dòng)領(lǐng)域技術(shù)難度非常高的產(chǎn)品，納博特斯克為了維護(hù)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(chǎn)。河北智昆與國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室合作，全部解決鋼材、鑄造、熱處理等問題，國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室和高精尖的機(jī)床設(shè)備、專門快速檢測(cè)工具支撐了RV減速器的低成本、高效率、穩(wěn)定性、批量化生產(chǎn)制造。目前，河北智昆已經(jīng)與ABB等十余家機(jī)器人企業(yè)建立合作關(guān)系，產(chǎn)品進(jìn)入測(cè)試、試用階段，利用一年時(shí)間，完成6000小時(shí)以上全面功能測(cè)試印證和市場(chǎng)化應(yīng)用，2至3年內(nèi)將產(chǎn)品打入ABB、庫卡公司。
張躍明說，全球機(jī)器人“四大家族”伴隨汽車工業(yè)發(fā)展壯大，其在汽車、3C電子等行業(yè)的地位難以撼動(dòng)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人與“四大家族”在汽車、3C電子工業(yè)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)已不太現(xiàn)實(shí)。國(guó)產(chǎn)RV減速器和工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)要良性互動(dòng)，共同成長(zhǎng)，不斷創(chuàng)新，培育更多應(yīng)用場(chǎng)景，開拓新市場(chǎng)、做大新蛋糕，與日本RV減速器和“四大家族”開展錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)，爭(zhēng)取“彎道反超”。
河北智昆負(fù)責(zé)人陳陽認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)可在全球機(jī)器人“四大家族”無暇顧及的制藥、鋼鐵、物流、家具、紡織、鞋服領(lǐng)域以及水下、防爆、無菌等特殊應(yīng)用環(huán)境開拓市場(chǎng)，提升機(jī)器人設(shè)計(jì)制造配套和系統(tǒng)集成服務(wù)能力，單個(gè)企業(yè)在細(xì)分領(lǐng)域完成縱向經(jīng)驗(yàn)技術(shù)積累，再向橫向擴(kuò)展更多應(yīng)用空間。預(yù)計(jì)經(jīng)過5年的高強(qiáng)度投入，隨著我國(guó)自主機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的提升，相關(guān)制造業(yè)可以實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化升級(jí)，“中國(guó)制造”將重塑成本優(yōu)勢(shì)。
短板需要盡快彌補(bǔ)
“RV減速器雖小，卻反映出一個(gè)國(guó)家的整體工業(yè)水平、制造能力?！睆堒S明說，國(guó)產(chǎn)RV減速器設(shè)計(jì)制造和批量生產(chǎn)取得重大突破，但是仍有一些短板需要盡快彌補(bǔ)，才能真正形成完全自主化優(yōu)勢(shì)。
首先是國(guó)產(chǎn)制造設(shè)備落后造成RV減速器生產(chǎn)成本較高，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)隱患。核心零件針齒殼和擺線輪的加工設(shè)備從歐洲進(jìn)口，單臺(tái)均在1500萬元以上，日本設(shè)備相對(duì)便宜，但對(duì)我國(guó)減速器企業(yè)禁售。國(guó)產(chǎn)機(jī)床精度與國(guó)外差距不大，但是對(duì)RV減速器零件加工工藝缺乏經(jīng)驗(yàn)。因此，需要機(jī)床企業(yè)與減速器企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，加速開發(fā)便宜好用的國(guó)產(chǎn)核心設(shè)備，提高減速器產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
其次是RV減速器核心零部件軸承仍受制于國(guó)外。國(guó)產(chǎn)軸承在RV減速器裝機(jī)時(shí)間短，精度和壽命不及進(jìn)口產(chǎn)品。鑒于歐洲軸承價(jià)格昂貴，日產(chǎn)RV減速器軸承對(duì)我國(guó)禁售，RV減速器軸承國(guó)產(chǎn)化迫在眉睫，需要國(guó)內(nèi)軸承企業(yè)潛心研究基礎(chǔ)理論，提高設(shè)計(jì)制造技術(shù)工藝水平，批量制造性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。
第三是由于熱處理技術(shù)不過關(guān)，使零件變形較大，需提高熱處理工藝和國(guó)產(chǎn)熱處理設(shè)備制造水平，替代高價(jià)進(jìn)口設(shè)備。
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