■ 王聞宇 陸昌勇

軍民技術(shù)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(shù)融合正在蓬勃發(fā)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(chuàng)的復(fù)合柔性制造單元是國際流行的功能復(fù)合機床與柔性制造單元的技術(shù)集成：把2-5臺立式、臥式、龍門加工中心復(fù)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(zhuǎn)工作臺承擔(dān)，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(tǒng)，具有80余項自主知識產(chǎn)權(quán)與核心技術(shù)。比國際流行的FMC柔性制造單元結(jié)構(gòu)更緊湊，占地更小，投資更省，有利于國防工業(yè)發(fā)展先進高效制造模式，為產(chǎn)品設(shè)計制造關(guān)鍵技術(shù)提供高檔解決方案，軍民技術(shù)融合有利于提升國際競爭力。

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)的組合機床技術(shù)逐漸淡出，適用于個性化定制FMS柔性制造系統(tǒng)發(fā)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(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，目前各國都在致力發(fā)展大型關(guān)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(shù)融合，有利于提升國際競爭力，具有自主知識產(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)的動力，推進和控制系統(tǒng)，用于大型關(guān)鍵零件的柔性制造：包括核動力、發(fā)動機、柴油機、燃汽輪機、蒸汽輪機、發(fā)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(nèi)外FMC柔性制造單元發(fā)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(fā)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(tǒng)發(fā)展需要進行典型化設(shè)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(tǒng)FMC出現(xiàn)這樣一種發(fā)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(jié)省占地面積的觀點出發(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)有擴展性。它的重要性迅速提高（圖2），也就是說，F(xiàn)MC由于技術(shù)、經(jīng)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(nèi)柔性制造單元取得成功案例：

沈陽數(shù)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(zhuǎn)工作臺，可自動換刀平旋盤的U軸組成六軸控制系統(tǒng)，配以隨動夾具及雷紹尼測量系統(tǒng)，特別適用于不規(guī)則表面的定位基準，經(jīng)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(shù)控車床、一臺工業(yè)機器人組成，單元內(nèi)能完成主機設(shè)備上料，加工、下料以及檢測過程的自動化。

杭州大天數(shù)控機床擁有立臥復(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)合柔性制造單元創(chuàng)新性

近些年來杭州大天數(shù)控與日本雅馬哈、德國博世電動、法國維蘇威共同研發(fā)鋼琴、電動工具、光伏等民用產(chǎn)業(yè)的功能復(fù)合數(shù)控機床。并通過科技部創(chuàng)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(shù)，把柔性制造單元與復(fù)合機床技術(shù)集成，首創(chuàng)具有80余項專利的復(fù)合柔性制造單元。

復(fù)合柔性制造單元由多臺立式、臥式、龍門加工中心復(fù)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(tǒng)；零件工序間輸送由高精度內(nèi)部工作臺與回轉(zhuǎn)工作臺承擔(dān)，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(tǒng)與各種軟件，具有加工狀態(tài)、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(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(zhuǎn)的定位誤差與輔助工時，加工精度與生產(chǎn)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(tǒng)與超聲發(fā)射系統(tǒng)，進一步擴大應(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)合在同臺機床上。

●柔性夾具安裝在直線運動工作臺與回轉(zhuǎn)工作臺上。

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

●高檔控制系統(tǒng)與各種軟件實現(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)、先進刀具與工藝、多軸傳動技術(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）船舶錨機變速箱三面復(fù)合柔性制造單元

企業(yè)原采用龍門機床、臥式鏜床與大型搖臂鉆加工，生產(chǎn)過程要搬動翻轉(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(fù)合柔性制造單元

該單元用于八種型號規(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翻身，現(xiàn)工件一次裝夾實現(xiàn)泵體、泵蓋頂面與四個側(cè)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(xiàn)互換，降低水泵的維修費用，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智能化時代，F(xiàn)MC擁有高效高精高柔性的優(yōu)良特性，正在國內(nèi)外獲得蓬勃發(fā)展；目前我國尺寸為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、高柔性加工嚴重滯后，直接影響我國大型泵閥、大型電機、大型發(fā)動機、風(fēng)電齒輪箱等行業(yè)的產(chǎn)品升級；特別是西方國家對我國軍工產(chǎn)業(yè)引進高檔數(shù)控機床技術(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臺立式、臥式與龍門加工中心復(fù)合在同臺機床上，柔性夾具安裝在直線運動或回轉(zhuǎn)工作臺上，國內(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)控機床與復(fù)合柔性制造單元，能夠為民用與軍工大型關(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）我國的高檔復(fù)合機床主要集中在國外引進的車銑復(fù)合系列機床，發(fā)展多面立臥復(fù)合機床能大幅度拓寬應(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)“中國制造2025”的時代需求，高檔復(fù)合機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外柔性制造技術(shù)，根據(jù)軍工的特殊需求進行二次開發(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)件提供個性化的柔性制造單元，實現(xiàn)一次裝夾完成2-5個面的多面銑鏜鉆攻、多面車銑復(fù)合、多面五軸聯(lián)動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告201633B2109675

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

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

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

［5］徐嘉模.柔性制造技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展動向及我國發(fā)展戰(zhàn)略分析，組合機床及自動化技術(shù)1992年第2期

王聞宇，在原機床工具協(xié)會梁訓(xùn)暄會長指導(dǎo)下，從事“高檔復(fù)合機床研究與產(chǎn)業(yè)化”，主持6項國家、省市科技項目，擁有80余項專利）