日前，美國宣布即將取消對中興的制裁，美國商務(wù)部已經(jīng)通報(bào)國會(huì)批準(zhǔn)。不久之后，中興的業(yè)務(wù)將全面恢復(fù)。殊不知，這一場持續(xù)一個(gè)多月的“中興危機(jī)”背后，中興付出了多么慘重的代價(jià)。而且，取消對中興制裁的正式文件還未下達(dá)，這意味著中興制裁一事仍有變數(shù)。 不過，這次事件在全國上下掀起了關(guān)于“中國芯”的反思潮，讓我們意識到核心技術(shù)是國之重器，在別人的墻基上砌房子，再大再漂亮，也可能經(jīng)不起風(fēng)雨，甚至?xí)豢耙粨簟?/strong> 反觀機(jī)器人行業(yè)，工業(yè)機(jī)器人的國產(chǎn)化已非常迅速，從原來的全面被國外壟斷到現(xiàn)在的本體、核心零部件、軟件等都在一定程度上實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化替代。然而，要害依然明顯。 以機(jī)器人用精密減速器為例，雖然國內(nèi)機(jī)器人本體廠商對國產(chǎn)減速器的認(rèn)可度在提升，但大部分國產(chǎn)機(jī)器人企業(yè)的首選還是進(jìn)口減速器。據(jù)高工產(chǎn)研機(jī)器人研究所（GGII）統(tǒng)計(jì)，2017年國產(chǎn)減速器在國內(nèi)市場的占有率僅為13.7%。可以想象，假如發(fā)生貿(mào)易戰(zhàn)，日本限制中國使用其減速器，后果不堪設(shè)想。 更為深層次的一點(diǎn)是，國內(nèi)生產(chǎn)高性能減速器的精密加工設(shè)備主要來自日本、瑞士等國外廠商，與此同時(shí)，更是牽扯出設(shè)計(jì)、材料、熱處理、加工工藝、齒輪、軸承、密封、裝配工藝、零件檢測、成品檢測等一系列瓶頸。 隨著工業(yè)機(jī)器人向小型化發(fā)展趨勢日益明顯，相較于國產(chǎn)RV減速器，用于小負(fù)載工業(yè)機(jī)器人或大負(fù)載機(jī)器人末端幾個(gè)軸的諧波減速器廠商，正在銷量以及產(chǎn)品性能等方面努力實(shí)現(xiàn)突破，躋身國內(nèi)市場，以適應(yīng)未來多層次品牌的同臺(tái)角逐。 本文將以“諧波減速器的材料與工藝”為切入點(diǎn)，以期厘清國內(nèi)外諧波減速器的發(fā)展差異及其深層次原因，找準(zhǔn)國產(chǎn)諧波減速器的發(fā)展走向。由于文章篇幅有限，將全文分為上下篇分別從“材料”、“工藝”、“創(chuàng)新”三部分分層論述。 材料 人 目前，國內(nèi)外的諧波減速器柔輪材料基本為40Cr合金鋼，包括40CrMoNiA，40CrA，30CrMoNiA，38Cr2Mo2VA，其中40CrMoNiA與40CrA最為常用。 雖然是同樣的材料，但國外提純技術(shù)較高，因而材料相比國內(nèi)的雜質(zhì)少，以致目前國產(chǎn)諧波減速器的材料基本依賴進(jìn)口。 在鋼輪上，各企業(yè)使用的材料則有所差異?？梢园l(fā)現(xiàn)，HD幾十年來使用的材料均為球墨鑄鐵，其產(chǎn)品壽命已獲得長時(shí)間的驗(yàn)證，可以說，球墨鑄鐵系列是保證減速器壽命的最佳選擇，國內(nèi)一些減速器廠商也開始使用這類材料。 用球墨鑄鐵代替調(diào)質(zhì)鋼制作內(nèi)齒剛性輪，這是一次材料革新，其優(yōu)點(diǎn)包括： 1、球鐵的切削性能比鋼好，有利于小模數(shù)齒輪的精密加工； 2、球鐵具有自潤滑功能，減磨性優(yōu)良，延長使用壽命； 3、球鐵的導(dǎo)熱系數(shù)是鋼的一倍，有利于降低溫升； 4、球鐵可以吸收震動(dòng)，降低噪音； 5、球鐵的比重比鋼小8%，減少了減速器的重量； 6、球鐵的剛度大，有利于增強(qiáng)減速器的整體剛度。 此前，西安理工大學(xué)與東莞市旭展精密金屬零部件有限公司合作，用連續(xù)鑄造的球墨鑄鐵空心型材，并經(jīng)過等溫淬火的ADI材料制作內(nèi)齒剛性輪，是第二次材料革新，其優(yōu)點(diǎn)除了上述6點(diǎn)外，還具備如下優(yōu)點(diǎn)： 1、在硬度提高到HRC38左右時(shí)，切削性能仍然良好。再與硬度為HRC38-40的柔輪相配合，有效提高零件剛度和使用壽命。擴(kuò)大了與RV減速器的適用分割點(diǎn)。 2、沖擊吸收功≥80J，與調(diào)質(zhì)鋼相近； 3、石墨球極小，尺寸≤0.02mm，分布密度≥400個(gè)/mm²，比HD產(chǎn)品中的石墨球直徑小幾倍，分布密度大4倍以上。 ADI材料除了可以制作內(nèi)齒剛性輪外，還有望代替彈簧鋼和低合金中碳鋼制作柔輪，將其硬度控制在HRC40左右，可以大大提高使用壽命。 除此之外，用球鐵ADI材料還有望代替軸承鋼（GCr15）制作柔性軸承的內(nèi)外套圈和保持架，使軸承具有了自潤滑、低溫升、吸振降噪，服役溫度區(qū)間寬、壽命長等五大特點(diǎn)。 ADI柔性軸承已在旭展精密諧波減速器上進(jìn)行了7個(gè)月的空轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，不加潤滑油脂，2000r/min，每個(gè)工作日連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10小時(shí)，累積超過1500小時(shí)，至今仍在運(yùn)轉(zhuǎn)。 連鑄球鐵ADI材料的出現(xiàn)，以另辟蹊徑的方法，為諧波減速器三大零件的材料選擇開拓出一條新路。 工藝 作為典型的高精密制造業(yè)，諧波減速器的性能在很大程度上取決于生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量。對于國產(chǎn)減速器企業(yè)來說，設(shè)備的前期投入很大，之后如果銷量上不去，產(chǎn)品積壓，不僅收不回成本，還會(huì)因設(shè)備閑置而帶來更大損失。因此，減速器企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)并不容易。 具體來看，一臺(tái)國產(chǎn)生產(chǎn)設(shè)備售價(jià)在20萬左右，精度約為20微米；瑞士的生產(chǎn)設(shè)備精度最高，可達(dá)1微米以內(nèi)，但售價(jià)在千萬元以上。一般來說，增設(shè)一條中等精度的中端產(chǎn)線，投入也要上千萬，且進(jìn)口設(shè)備的采購交付周期普遍在10個(gè)月以上，最久的長達(dá)15個(gè)月。 可見，大批量規(guī)模化生產(chǎn)需要巨大的設(shè)備投資，而要滿足諧波減速器的量產(chǎn)需求，上乘的工藝必不可少。諧波減速器從1961年引進(jìn)國內(nèi)后已歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，但是對于諧波減速器量產(chǎn)工藝的研發(fā)在近幾年才開始。 HD運(yùn)用其工藝已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)一分鐘加工兩個(gè)工件，而國內(nèi)的諧波減速器企業(yè)大部分還采用傳統(tǒng)的慢走絲或滾齒、插齒工藝，效率低，量產(chǎn)難。 ■ 慢走絲 慢走絲是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲作電極，對工件進(jìn)行脈沖火花放電，產(chǎn)生6000度以上高溫，蝕除金屬、切割成工件的一種數(shù)控加工機(jī)床。 由于慢走絲線切割機(jī)是采取線電極連續(xù)供絲的方式，因此即使線電極發(fā)生損耗，也能連續(xù)予以補(bǔ)充，故能提高零件加工精度。多次切割技術(shù)是提高低速走絲電火花線切割加工精度及表面質(zhì)量的根本手段。一般是通過一次切割成形，二次切割提高精度，三次以上切割提高表面質(zhì)量。 ■ 滾齒/插齒 滾齒工藝運(yùn)用展成法原理用滾刀來加工齒輪，相當(dāng)于一對交錯(cuò)螺旋輪嚙合。插齒則是用插齒刀按展成法或成形法加工內(nèi)、外齒輪或齒條等的齒面。 滾齒為連續(xù)切削，無空行程，所以滾齒生產(chǎn)率一般比插齒高。此外，插齒的齒形精度比滾齒高，插齒后齒面的粗糙度比滾齒細(xì)，插齒的運(yùn)動(dòng)精度比滾齒差。 從諧波減速器加工工藝的實(shí)際效果來看，慢走絲加工精度較高，但是因其多次切割技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。故而慢走絲工藝更適合運(yùn)用在產(chǎn)品的打樣階段，而非批量化生產(chǎn)階段。 這項(xiàng)工藝從初期看能夠有所盈利，但是隨著產(chǎn)能壓力加大，唯有通過加大設(shè)備投入來提升產(chǎn)能，加上國外設(shè)備供貨期太長阻力大，長此以往必將形成惡性循環(huán)，利潤空間被不斷壓縮。 此外，慢走絲由于其工作原理而只能切割鋼材，針對導(dǎo)電性能差的球墨鑄鐵則無法使用慢走絲加工，因此選擇慢走絲加工唯有放棄使用球墨鑄鐵材料。這就意味著，選擇慢走絲工藝加工出來的減速器埋下了壽命不長的隱患，這對于企業(yè)的長期發(fā)展是致命的。 綜合來看，鋼輪插齒工藝可以應(yīng)對任何材料，包括鋼材和球墨鑄鐵。此外，滾齒與插齒相較于慢走絲，在效率上提高了近10倍，在插齒工藝上還可添加附加裝置，以此達(dá)到與慢走絲一樣的精度。 因此，諧波減速器的柔輪滾齒、鋼輪插齒工藝也成為了最佳的加工工藝，但受制于機(jī)床與刀具依賴進(jìn)口、貨期拉長等因素，已成為該類加工工藝的一大掣肘。哪家企業(yè)若能尋求到穩(wěn)定的供應(yīng)鏈或?qū)崿F(xiàn)自給，將有望實(shí)現(xiàn)諧波減速器質(zhì)與量的飛躍。 那么國產(chǎn)諧波減速器在現(xiàn)有的工藝與材料基礎(chǔ)上將如何開拓創(chuàng)新？擺脫設(shè)備與材料等束縛，進(jìn)一步推進(jìn)國產(chǎn)化替代的進(jìn)程？明天將推出《關(guān)于“諧波減速器的材料與工藝”，這或許是最全的科普文（下）》，您將從這里找到答案，敬請期待！