■ 王聞?dòng)?陸昌勇

軍民技術(shù)融合提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力

■ 王聞?dòng)?陸昌勇

自20世紀(jì)80年代開始，國(guó)外軍民技術(shù)融合正在蓬勃發(fā)展，其中2-5臺(tái)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(chuàng)的復(fù)合柔性制造單元是國(guó)際流行的功能復(fù)合機(jī)床與柔性制造單元的技術(shù)集成：把2-5臺(tái)立式、臥式、龍門加工中心復(fù)合在同臺(tái)機(jī)床上，零件工序間輸送由高精度直線運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)承擔(dān)，外部配置機(jī)器人、自動(dòng)小車、滾道等輸送裝置，配置具有各種軟件的集中控制系統(tǒng)，具有80余項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)與核心技術(shù)。比國(guó)際流行的FMC柔性制造單元結(jié)構(gòu)更緊湊，占地更小，投資更省，有利于國(guó)防工業(yè)發(fā)展先進(jìn)高效制造模式，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)提供高檔解決方案，軍民技術(shù)融合有利于提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

隨著工業(yè)4.0走向智能制造，產(chǎn)品翻新日益加速，適用于大批生產(chǎn)的組合機(jī)床技術(shù)逐漸淡出，適用于個(gè)性化定制FMS柔性制造系統(tǒng)發(fā)展迅速，美國(guó)主要用于軍工、汽車、工程機(jī)械；德國(guó)用于變速箱、車軔；日本用于柴油機(jī)、機(jī)床等行業(yè)。一般適用零件尺寸為400-800mm，年產(chǎn)量為3000-30000的中小批量生產(chǎn)；不僅如此，目前各國(guó)都在致力發(fā)展大型關(guān)鍵零件的柔性加工，隨著我國(guó)航天、航空、核電、船舶、高鐵進(jìn)入世界先進(jìn)行列，加強(qiáng)軍民交流技術(shù)融合，有利于提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)與核心技術(shù)的復(fù)合柔性制造單元，可以廣泛用于航天航空、船舶工業(yè)的動(dòng)力，推進(jìn)和控制系統(tǒng)，用于大型關(guān)鍵零件的柔性制造：包括核動(dòng)力、發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)、燃汽輪機(jī)、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)組，推進(jìn)電機(jī)、后傳動(dòng)裝置、齒輪箱、各種泵閥、錨機(jī)等。

一、國(guó)內(nèi)外FMC柔性制造單元發(fā)展情況

國(guó)外柔性制造單元正在迅速普及，圖1所示為英國(guó)KTM開發(fā)的典型化FMS。由四臺(tái)加工中心，有軌小車及托板存儲(chǔ)臺(tái)（最多15個(gè)）組成的FMC；這種把FMC和系統(tǒng)發(fā)展需要進(jìn)行典型化設(shè)計(jì)，并分步組建FMS的方法，已受到世人矚目。

最近柔性制造系統(tǒng)FMC出現(xiàn)這樣一種發(fā)展趨勢(shì)，即小型化FMC的比重有所提高，這也是第十五屆日本國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)展示的一個(gè)明顯特點(diǎn)。這種FMC，從節(jié)省占地面積的觀點(diǎn)出發(fā)，把多種功能集中在一起，開始出現(xiàn)所謂功能復(fù)合式新機(jī)床，即小型化FMC。

同F(xiàn)MS相比，由于FMC規(guī)模小，所以用戶買得起，制造廠容易賣出，系統(tǒng)有擴(kuò)展性。它的重要性迅速提高（圖2），也就是說(shuō)，F(xiàn)MC由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的原因而獲得重視，最近國(guó)外許多機(jī)床廠（日本尤其突出）有意識(shí)地推進(jìn)FMC的商品進(jìn)程。這也是FMC迅速普及的重要原因。

國(guó)內(nèi)柔性制造單元取得成功案例：

沈陽(yáng)數(shù)控機(jī)床有限公司的SSK-U6035以車代磨柔性加工單元由立臥回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可自動(dòng)換刀平旋盤的U軸組成六軸控制系統(tǒng)，配以隨動(dòng)夾具及雷紹尼測(cè)量系統(tǒng)，特別適用于不規(guī)則表面的定位基準(zhǔn)，經(jīng)淬火處理的硬表面一次找正加工。

大連機(jī)床集團(tuán)柔性制造島由一臺(tái)立式加工中心、一臺(tái)數(shù)控車床、一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成，單元內(nèi)能完成主機(jī)設(shè)備上料，加工、下料以及檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化。

杭州大天數(shù)控機(jī)床擁有立臥復(fù)合加工中心，立臥復(fù)合五面體加工中心，多面復(fù)合柔性制造單元等專利產(chǎn)品。

二、復(fù)合柔性制造單元?jiǎng)?chuàng)新性

近些年來(lái)杭州大天數(shù)控與日本雅馬哈、德國(guó)博世電動(dòng)、法國(guó)維蘇威共同研發(fā)鋼琴、電動(dòng)工具、光伏等民用產(chǎn)業(yè)的功能復(fù)合數(shù)控機(jī)床。并通過(guò)科技部創(chuàng)新基金項(xiàng)目、火炬計(jì)劃項(xiàng)目、浙江省重大科技專項(xiàng)，杭州市重大科技專項(xiàng)，消化吸收國(guó)外柔性加工技術(shù)，把柔性制造單元與復(fù)合機(jī)床技術(shù)集成，首創(chuàng)具有80余項(xiàng)專利的復(fù)合柔性制造單元。

復(fù)合柔性制造單元由多臺(tái)立式、臥式、龍門加工中心復(fù)合在同臺(tái)機(jī)床上，具有共同的底座、共同的工作臺(tái)，共同的柔性?shī)A具，共同的智能集中控制系統(tǒng)；零件工序間輸送由高精度內(nèi)部工作臺(tái)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)承擔(dān)，外部配置自動(dòng)滾道、小車、機(jī)器人等輸送裝置；配置高檔控制系統(tǒng)與各種軟件，具有加工狀態(tài)、刀具壽命、在線檢測(cè)、遠(yuǎn)程故障診斷等信息化管理與智能服務(wù)功能。

復(fù)合柔性制造單元尺寸為1000-3000mm的軍工大型關(guān)鍵零件，提供高效高精柔性加工的解決方案，常用于3-10個(gè)品種零件的柔性加工，工件一次裝夾完成3-5個(gè)面銑鏜鉆攻全部工序，消除了零件多次裝夾與翻轉(zhuǎn)的定位誤差與輔助工時(shí)，加工精度與生產(chǎn)效率更高；還可以配置車銑工作臺(tái)，五軸擺動(dòng)頭，光纖激光系統(tǒng)與超聲發(fā)射系統(tǒng)，進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

三、復(fù)合柔性單元的基本結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

復(fù)合柔性制造單元基本結(jié)構(gòu)

●立式、臥式、龍門加工中心復(fù)合在同臺(tái)機(jī)床上。

●柔性?shī)A具安裝在直線運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。

●零件工序間輸送由高精度內(nèi)部工作臺(tái)承擔(dān)，外部配置自動(dòng)滾道等輸送裝置。

●高檔控制系統(tǒng)與各種軟件實(shí)現(xiàn)多品種快速更換與信息化管理、具備智能服務(wù)功能。

復(fù)合柔性制造單元十二項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)集成

●多主軸高效技術(shù)、多面加工高效技術(shù)、高速高精技術(shù)、先進(jìn)刀具與工藝、多軸傳動(dòng)技術(shù)。

●電氣與控制技術(shù)、智能化技術(shù)、模塊化技術(shù)、柔性配置技術(shù)、有限元分析與優(yōu)化。

●可靠性技術(shù)、精度保持技術(shù)。

四、復(fù)合柔性制造單元的

成功案例

（一）船舶錨機(jī)變速箱三面復(fù)合柔性制造單元

企業(yè)原采用龍門機(jī)床、臥式鏜床與大型搖臂鉆加工，生產(chǎn)過(guò)程要搬動(dòng)翻轉(zhuǎn)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(nèi)，采用三面復(fù)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(fù)合柔性單元由2臺(tái)臥式加工中心與1臺(tái)龍門加工中心組成。

（二）核電水泵五面復(fù)合柔性制造單元

該單元用于八種型號(hào)規(guī)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(yùn)翻身，現(xiàn)工件一次裝夾實(shí)現(xiàn)泵體、泵蓋頂面與四個(gè)側(cè)面加工、消除了多次裝夾的定位誤差與輔助時(shí)間、加工時(shí)間由26小時(shí)縮短為6小時(shí),孔系同軸度由0.05 mm提高到0.015mm；并且泵體泵蓋能實(shí)現(xiàn)互換，降低水泵的維修費(fèi)用，提高水泵的檔次。

五、復(fù)合柔性制造單元的應(yīng)用前景

綜上所述、工業(yè)4.0智能化時(shí)代，F(xiàn)MC擁有高效高精高柔性的優(yōu)良特性，正在國(guó)內(nèi)外獲得蓬勃發(fā)展；目前我國(guó)尺寸為400-800mm的中小件，產(chǎn)量為3000-30000的中小件批量的柔性加工線發(fā)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(yán)重滯后，直接影響我國(guó)大型泵閥、大型電機(jī)、大型發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)電齒輪箱等行業(yè)的產(chǎn)品升級(jí)；特別是西方國(guó)家對(duì)我國(guó)軍工產(chǎn)業(yè)引進(jìn)高檔數(shù)控機(jī)床技術(shù)封鎖，影響了航天航空、艦艇、核電、兵器的制造水平提高。

經(jīng)浙江省科技信息研究院檢索：杭州大天數(shù)控研發(fā)的多面復(fù)合柔性制造單元“2-5臺(tái)立式、臥式與龍門加工中心復(fù)合在同臺(tái)機(jī)床上，柔性?shī)A具安裝在直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品中尚未見具體述及”，大力發(fā)展多面立臥復(fù)合的高檔數(shù)控機(jī)床與復(fù)合柔性制造單元，能夠?yàn)槊裼门c軍工大型關(guān)鍵零件提供高檔解決方案。

六、復(fù)合柔性制造單元有良好的應(yīng)用前景

（一）我國(guó)的高檔復(fù)合機(jī)床主要集中在國(guó)外引進(jìn)的車銑復(fù)合系列機(jī)床，發(fā)展多面立臥復(fù)合機(jī)床能大幅度拓寬應(yīng)用范圍，滿足大型零件的多面多工序高精加工需求。

（二）適應(yīng)“中國(guó)制造2025”的時(shí)代需求，高檔復(fù)合機(jī)床與柔性制造單元為工廠物聯(lián)網(wǎng)與智能制造提供高效智能化裝備。

（三）適應(yīng)軍民技術(shù)融合需求，軍工產(chǎn)品有很高的技術(shù)要求，軍民融合消化吸收國(guó)外柔性制造技術(shù)，根據(jù)軍工的特殊需求進(jìn)行二次開發(fā)，為核電、風(fēng)電、航天航空、艦艇、兵器大型關(guān)鍵零件、大型結(jié)構(gòu)件提供個(gè)性化的柔性制造單元，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成2-5個(gè)面的多面銑鏜鉆攻、多面車銑復(fù)合、多面五軸聯(lián)動(dòng)多面激光與超聲加工，有良好的發(fā)展前景。

［1］科技部.立臥復(fù)合柔性制造單元查新報(bào)告201633B2109675

［2］琳琳.柔性制造單元（FMC）及其應(yīng)用，減速機(jī)信息網(wǎng)2007.4.6

［3］蔣慶全.柔性制造單元的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，“機(jī)械制造”1998年第四期

［4］王要敏.柔性制造單元（FMC）的發(fā)展現(xiàn)狀，組合機(jī)床及自動(dòng)化技術(shù)1994第1期

［5］徐嘉模.柔性制造技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)向及我國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略分析，組合機(jī)床及自動(dòng)化技術(shù)1992年第2期

王聞?dòng)?，在原機(jī)床工具協(xié)會(huì)梁訓(xùn)暄會(huì)長(zhǎng)指導(dǎo)下，從事“高檔復(fù)合機(jī)床研究與產(chǎn)業(yè)化”，主持6項(xiàng)國(guó)家、省市科技項(xiàng)目，擁有80余項(xiàng)專利）