军民技术融合提升国际竞争力

■ 王闻宇 陆昌勇

军民技术融合提升国际竞争力

■ 王闻宇 陆昌勇

自20世纪80年代开始，国外军民技术融合正在蓬勃发展，其中2-5台加工中心与输送装置组成的FMC柔性制造单元得到迅速普及。本公司首创的复合柔性制造单元是国际流行的功能复合机床与柔性制造单元的技术集成：把2-5台立式、卧式、龙门加工中心复合在同台机床上，零件工序间输送由高精度直线运动工作台与回转工作台承担，外部配置机器人、自动小车、滚道等输送装置，配置具有各种软件的集中控制系统，具有80余项自主知识产权与核心技术。比国际流行的FMC柔性制造单元结构更紧凑，占地更小，投资更省，有利于国防工业发展先进高效制造模式，为产品设计制造关键技术提供高档解决方案，军民技术融合有利于提升国际竞争力。

随着工业4.0走向智能制造，产品翻新日益加速，适用于大批生产的组合机床技术逐渐淡出，适用于个性化定制FMS柔性制造系统发展迅速，美国主要用于军工、汽车、工程机械；德国用于变速箱、车轫；日本用于柴油机、机床等行业。一般适用零件尺寸为400-800mm，年产量为3000-30000的中小批量生产；不仅如此，目前各国都在致力发展大型关键零件的柔性加工，随着我国航天、航空、核电、船舶、高铁进入世界先进行列，加强军民交流技术融合，有利于提升国际竞争力，具有自主知识产权与核心技术的复合柔性制造单元，可以广泛用于航天航空、船舶工业的动力，推进和控制系统，用于大型关键零件的柔性制造：包括核动力、发动机、柴油机、燃汽轮机、蒸汽轮机、发电机组，推进电机、后传动装置、齿轮箱、各种泵阀、锚机等。

一、国内外FMC柔性制造单元发展情况

国外柔性制造单元正在迅速普及，图1所示为英国KTM开发的典型化FMS。由四台加工中心，有轨小车及托板存储台（最多15个）组成的FMC；这种把FMC和系统发展需要进行典型化设计，并分步组建FMS的方法，已受到世人瞩目。

最近柔性制造系统FMC出现这样一种发展趋势，即小型化FMC的比重有所提高，这也是第十五届日本国际机床展览会展示的一个明显特点。这种FMC，从节省占地面积的观点出发，把多种功能集中在一起，开始出现所谓功能复合式新机床，即小型化FMC。

同FMS相比，由于FMC规模小，所以用户买得起，制造厂容易卖出，系统有扩展性。它的重要性迅速提高（图2），也就是说，FMC由于技术、经济、社会的原因而获得重视，最近国外许多机床厂（日本尤其突出）有意识地推进FMC的商品进程。这也是FMC迅速普及的重要原因。

国内柔性制造单元取得成功案例：

沈阳数控机床有限公司的SSK-U6035以车代磨柔性加工单元由立卧回转工作台，可自动换刀平旋盘的U轴组成六轴控制系统，配以随动夹具及雷绍尼测量系统，特别适用于不规则表面的定位基准，经淬火处理的硬表面一次找正加工。

大连机床集团柔性制造岛由一台立式加工中心、一台数控车床、一台工业机器人组成，单元内能完成主机设备上料，加工、下料以及检测过程的自动化。

杭州大天数控机床拥有立卧复合加工中心，立卧复合五面体加工中心，多面复合柔性制造单元等专利产品。

二、复合柔性制造单元创新性

近些年来杭州大天数控与日本雅马哈、德国博世电动、法国维苏威共同研发钢琴、电动工具、光伏等民用产业的功能复合数控机床。并通过科技部创新基金项目、火炬计划项目、浙江省重大科技专项，杭州市重大科技专项，消化吸收国外柔性加工技术，把柔性制造单元与复合机床技术集成，首创具有80余项专利的复合柔性制造单元。

复合柔性制造单元由多台立式、卧式、龙门加工中心复合在同台机床上，具有共同的底座、共同的工作台，共同的柔性夹具，共同的智能集中控制系统；零件工序间输送由高精度内部工作台与回转工作台承担，外部配置自动滚道、小车、机器人等输送装置；配置高档控制系统与各种软件，具有加工状态、刀具寿命、在线检测、远程故障诊断等信息化管理与智能服务功能。

复合柔性制造单元尺寸为1000-3000mm的军工大型关键零件，提供高效高精柔性加工的解决方案，常用于3-10个品种零件的柔性加工，工件一次装夹完成3-5个面铣镗钻攻全部工序，消除了零件多次装夹与翻转的定位误差与辅助工时，加工精度与生产效率更高；还可以配置车铣工作台，五轴摆动头，光纤激光系统与超声发射系统，进一步扩大应用范围。

三、复合柔性单元的基本结构与关键技术

复合柔性制造单元基本结构

●立式、卧式、龙门加工中心复合在同台机床上。

●柔性夹具安装在直线运动工作台与回转工作台上。

●零件工序间输送由高精度内部工作台承担，外部配置自动滚道等输送装置。

●高档控制系统与各种软件实现多品种快速更换与信息化管理、具备智能服务功能。

复合柔性制造单元十二项现代技术集成

●多主轴高效技术、多面加工高效技术、高速高精技术、先进刀具与工艺、多轴传动技术。

●电气与控制技术、智能化技术、模块化技术、柔性配置技术、有限元分析与优化。

●可靠性技术、精度保持技术。

四、复合柔性制造单元的

成功案例

（一）船舶锚机变速箱三面复合柔性制造单元

企业原采用龙门机床、卧式镗床与大型摇臂钻加工，生产过程要搬动翻转五次，加工周期为12h，由于多次装夹定位误差致使同轴度在0.05范围内，采用三面复合柔性制造单元，加工周期缩短为3.3h，同轴度提高到0.01 mm，复合柔性单元由2台卧式加工中心与1台龙门加工中心组成。

（二）核电水泵五面复合柔性制造单元

该单元用于八种型号规格的核电大型水泵的泵体、泵盖柔性加工，原加工需要六次搬运翻身，现工件一次装夹实现泵体、泵盖顶面与四个侧面加工、消除了多次装夹的定位误差与辅助时间、加工时间由26小时缩短为6小时,孔系同轴度由0.05 mm提高到0.015mm；并且泵体泵盖能实现互换，降低水泵的维修费用，提高水泵的档次。

五、复合柔性制造单元的应用前景

综上所述、工业4.0智能化时代，FMC拥有高效高精高柔性的优良特性，正在国内外获得蓬勃发展；目前我国尺寸为400-800mm的中小件，产量为3000-30000的中小件批量的柔性加工线发展较好；但是尺寸在1000-3000mm的中大型零件的高效、高精、高柔性加工严重滞后，直接影响我国大型泵阀、大型电机、大型发动机、风电齿轮箱等行业的产品升级；特别是西方国家对我国军工产业引进高档数控机床技术封锁，影响了航天航空、舰艇、核电、兵器的制造水平提高。

经浙江省科技信息研究院检索：杭州大天数控研发的多面复合柔性制造单元“2-5台立式、卧式与龙门加工中心复合在同台机床上，柔性夹具安装在直线运动或回转工作台上，国内外相关产品中尚未见具体述及”，大力发展多面立卧复合的高档数控机床与复合柔性制造单元，能够为民用与军工大型关键零件提供高档解决方案。

六、复合柔性制造单元有良好的应用前景

（一）我国的高档复合机床主要集中在国外引进的车铣复合系列机床，发展多面立卧复合机床能大幅度拓宽应用范围，满足大型零件的多面多工序高精加工需求。

（二）适应“中国制造2025”的时代需求，高档复合机床与柔性制造单元为工厂物联网与智能制造提供高效智能化装备。

（三）适应军民技术融合需求，军工产品有很高的技术要求，军民融合消化吸收国外柔性制造技术，根据军工的特殊需求进行二次开发，为核电、风电、航天航空、舰艇、兵器大型关键零件、大型结构件提供个性化的柔性制造单元，实现一次装夹完成2-5个面的多面铣镗钻攻、多面车铣复合、多面五轴联动多面激光与超声加工，有良好的发展前景。

［1］科技部.立卧复合柔性制造单元查新报告201633B2109675

［2］琳琳.柔性制造单元（FMC）及其应用，减速机信息网2007.4.6

［3］蒋庆全.柔性制造单元的现状及发展趋势，“机械制造”1998年第四期

［4］王要敏.柔性制造单元（FMC）的发展现状，组合机床及自动化技术1994第1期

［5］徐嘉模.柔性制造技术国内外发展动向及我国发展战略分析，组合机床及自动化技术1992年第2期

王闻宇，在原机床工具协会梁训暄会长指导下，从事“高档复合机床研究与产业化”，主持6项国家、省市科技项目，拥有80余项专利）