日前，美国宣布即将取消对中兴的制裁，美国商务部已经通报国会批准。不久之后，中兴的业务将全面恢复。殊不知，这一场持续一个多月的“中兴危机”背后，中兴付出了多么惨重的代价。而且，取消对中兴制裁的正式文件还未下达，这意味着中兴制裁一事仍有变数。 不过，这次事件在全国上下掀起了关于“中国芯”的反思潮，让我们意识到核心技术是国之重器，在别人的墙基上砌房子，再大再漂亮，也可能经不起风雨，甚至会不堪一击。 反观机器人行业，工业机器人的国产化已非常迅速，从原来的全面被国外垄断到现在的本体、核心零部件、软件等都在一定程度上实现了国产化替代。然而，要害依然明显。 以机器人用精密减速器为例，虽然国内机器人本体厂商对国产减速器的认可度在提升，但大部分国产机器人企业的首选还是进口减速器。据高工产研机器人研究所（GGII）统计，2017年国产减速器在国内市场的占有率仅为13.7%。可以想象，假如发生贸易战，日本限制中国使用其减速器，后果不堪设想。 更为深层次的一点是，国内生产高性能减速器的精密加工设备主要来自日本、瑞士等国外厂商，与此同时，更是牵扯出设计、材料、热处理、加工工艺、齿轮、轴承、密封、装配工艺、零件检测、成品检测等一系列瓶颈。 随着工业机器人向小型化发展趋势日益明显，相较于国产RV减速器，用于小负载工业机器人或大负载机器人末端几个轴的谐波减速器厂商，正在销量以及产品性能等方面努力实现突破，跻身国内市场，以适应未来多层次品牌的同台角逐。 本文将以“谐波减速器的材料与工艺”为切入点，以期厘清国内外谐波减速器的发展差异及其深层次原因，找准国产谐波减速器的发展走向。由于文章篇幅有限，将全文分为上下篇分别从“材料”、“工艺”、“创新”三部分分层论述。 材料 人 目前，国内外的谐波减速器柔轮材料基本为40Cr合金钢，包括40CrMoNiA，40CrA，30CrMoNiA，38Cr2Mo2VA，其中40CrMoNiA与40CrA最为常用。 虽然是同样的材料，但国外提纯技术较高，因而材料相比国内的杂质少，以致目前国产谐波减速器的材料基本依赖进口。 在钢轮上，各企业使用的材料则有所差异。可以发现，HD几十年来使用的材料均为球墨铸铁，其产品寿命已获得长时间的验证，可以说，球墨铸铁系列是保证减速器寿命的最佳选择，国内一些减速器厂商也开始使用这类材料。 用球墨铸铁代替调质钢制作内齿刚性轮，这是一次材料革新，其优点包括： 1、球铁的切削性能比钢好，有利于小模数齿轮的精密加工； 2、球铁具有自润滑功能，减磨性优良，延长使用寿命； 3、球铁的导热系数是钢的一倍，有利于降低温升； 4、球铁可以吸收震动，降低噪音； 5、球铁的比重比钢小8%，减少了减速器的重量； 6、球铁的刚度大，有利于增强减速器的整体刚度。 此前，西安理工大学与东莞市旭展精密金属零部件有限公司合作，用连续铸造的球墨铸铁空心型材，并经过等温淬火的ADI材料制作内齿刚性轮，是第二次材料革新，其优点除了上述6点外，还具备如下优点： 1、在硬度提高到HRC38左右时，切削性能仍然良好。再与硬度为HRC38-40的柔轮相配合，有效提高零件刚度和使用寿命。扩大了与RV减速器的适用分割点。 2、冲击吸收功≥80J，与调质钢相近； 3、石墨球极小，尺寸≤0.02mm，分布密度≥400个/mm²，比HD产品中的石墨球直径小几倍，分布密度大4倍以上。 ADI材料除了可以制作内齿刚性轮外，还有望代替弹簧钢和低合金中碳钢制作柔轮，将其硬度控制在HRC40左右，可以大大提高使用寿命。 除此之外，用球铁ADI材料还有望代替轴承钢（GCr15）制作柔性轴承的内外套圈和保持架，使轴承具有了自润滑、低温升、吸振降噪，服役温度区间宽、寿命长等五大特点。 ADI柔性轴承已在旭展精密谐波减速器上进行了7个月的空转实验，不加润滑油脂，2000r/min，每个工作日连续运转10小时，累积超过1500小时，至今仍在运转。 连铸球铁ADI材料的出现，以另辟蹊径的方法，为谐波减速器三大零件的材料选择开拓出一条新路。 工艺 作为典型的高精密制造业，谐波减速器的性能在很大程度上取决于生产设备的质量。对于国产减速器企业来说，设备的前期投入很大，之后如果销量上不去，产品积压，不仅收不回成本，还会因设备闲置而带来更大损失。因此，减速器企业扩产并不容易。 具体来看，一台国产生产设备售价在20万左右，精度约为20微米；瑞士的生产设备精度最高，可达1微米以内，但售价在千万元以上。一般来说，增设一条中等精度的中端产线，投入也要上千万，且进口设备的采购交付周期普遍在10个月以上，最久的长达15个月。 可见，大批量规模化生产需要巨大的设备投资，而要满足谐波减速器的量产需求，上乘的工艺必不可少。谐波减速器从1961年引进国内后已历经数十年的发展，但是对于谐波减速器量产工艺的研发在近几年才开始。 HD运用其工艺已经可以实现一分钟加工两个工件，而国内的谐波减速器企业大部分还采用传统的慢走丝或滚齿、插齿工艺，效率低，量产难。 ■ 慢走丝 慢走丝是利用连续移动的细金属丝作电极，对工件进行脉冲火花放电，产生6000度以上高温，蚀除金属、切割成工件的一种数控加工机床。 由于慢走丝线切割机是采取线电极连续供丝的方式，因此即使线电极发生损耗，也能连续予以补充，故能提高零件加工精度。多次切割技术是提高低速走丝电火花线切割加工精度及表面质量的根本手段。一般是通过一次切割成形，二次切割提高精度，三次以上切割提高表面质量。 ■ 滚齿/插齿 滚齿工艺运用展成法原理用滚刀来加工齿轮，相当于一对交错螺旋轮啮合。插齿则是用插齿刀按展成法或成形法加工内、外齿轮或齿条等的齿面。 滚齿为连续切削，无空行程，所以滚齿生产率一般比插齿高。此外，插齿的齿形精度比滚齿高，插齿后齿面的粗糙度比滚齿细，插齿的运动精度比滚齿差。 从谐波减速器加工工艺的实际效果来看，慢走丝加工精度较高，但是因其多次切割技术的应用，导致生产效率低。故而慢走丝工艺更适合运用在产品的打样阶段，而非批量化生产阶段。 这项工艺从初期看能够有所盈利，但是随着产能压力加大，唯有通过加大设备投入来提升产能，加上国外设备供货期太长阻力大，长此以往必将形成恶性循环，利润空间被不断压缩。 此外，慢走丝由于其工作原理而只能切割钢材，针对导电性能差的球墨铸铁则无法使用慢走丝加工，因此选择慢走丝加工唯有放弃使用球墨铸铁材料。这就意味着，选择慢走丝工艺加工出来的减速器埋下了寿命不长的隐患，这对于企业的长期发展是致命的。 综合来看，钢轮插齿工艺可以应对任何材料，包括钢材和球墨铸铁。此外，滚齿与插齿相较于慢走丝，在效率上提高了近10倍，在插齿工艺上还可添加附加装置，以此达到与慢走丝一样的精度。 因此，谐波减速器的柔轮滚齿、钢轮插齿工艺也成为了最佳的加工工艺，但受制于机床与刀具依赖进口、货期拉长等因素，已成为该类加工工艺的一大掣肘。哪家企业若能寻求到稳定的供应链或实现自给，将有望实现谐波减速器质与量的飞跃。 那么国产谐波减速器在现有的工艺与材料基础上将如何开拓创新？摆脱设备与材料等束缚，进一步推进国产化替代的进程？明天将推出《关于“谐波减速器的材料与工艺”，这或许是最全的科普文（下）》，您将从这里找到答案，敬请期待！