智能制造

重大裝備是制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的重點(diǎn)，水輪機(jī)、艦船推進(jìn)器等大型水動力裝備是重中之重。隨著對單機(jī)容量和能量轉(zhuǎn)換效率需求持續(xù)增長，大型水動力裝備重量尺寸大、加工空間受限、精度一致性要求高等特征的出現(xiàn)，給加工方式帶來了新的要求與挑戰(zhàn)?！皵?shù)控加工”存在結(jié)構(gòu)與位置形式固定、加工覆蓋區(qū)域有限、可達(dá)性低等問題；“人工加工”雖具備靈活性，但存在勞動強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣、加工精度一致性差等問題。

機(jī)器人在位加工具有大行程、高柔性和快響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，可有效解決現(xiàn)有大型水動力裝備“數(shù)控加工”和“人工加工”存在的受限空間復(fù)雜曲面加工區(qū)域小、柔性差、響應(yīng)慢和精度一致性差等問題。但亟待突破受限空間加工軌跡規(guī)劃、多階模態(tài)加工過程控制、敏捷加工可重構(gòu)裝備等關(guān)鍵難題，以實(shí)現(xiàn)大型水動力裝備在位高精高效敏捷加工。

本成果從受限空間高精加工軌跡規(guī)劃、多階模態(tài)高效加工過程控制、人機(jī)協(xié)同敏捷加工工藝裝備三個方面開展研究，提出了機(jī)器人“加工剛度-力致誤差”評價指標(biāo)，發(fā)明了基于排斥勢場的軌跡規(guī)劃方法，研發(fā)了機(jī)器人加工多約束規(guī)劃、視覺跟蹤測量與誤差在線補(bǔ)償?shù)溶浻布K，提出了“顫振穩(wěn)定性-切觸面積”高效加工優(yōu)化新方法，研發(fā)了加工余量、切削負(fù)載自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，提出了“操作經(jīng)驗(yàn)知識遷移-知識驅(qū)動可制造性分析”工藝規(guī)劃新技術(shù)，發(fā)明了國際首臺（套）大型水動力裝備在位機(jī)器人加工可重構(gòu)裝備，研發(fā)了大型水動力裝備機(jī)器人化全流程加工產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)多種水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和推進(jìn)器葉片加工效率提升30%以上，水輪機(jī)局部加工精度最高可達(dá)±0.1mm。

圖1 機(jī)器人加工軟件

圖2 大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的機(jī)器人在位修復(fù)加工系統(tǒng)

圖3 大型艦船用螺旋槳機(jī)器人在位加工系統(tǒng)

現(xiàn)有的方式主要為“數(shù)控加工”和人工打磨的方式，“數(shù)控加工”存在結(jié)構(gòu)與位置形式固定、加工覆蓋區(qū)域有限、可達(dá)性低等問題；“人工加工”雖具備靈活性，但存在勞動強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣、加工精度一致性差等問題。機(jī)器人在位加工具有大行程、高柔性和快響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，可有效解決現(xiàn)有大型水動力裝備“數(shù)控加工”和“人工加工”存在的受限空間復(fù)雜曲面加工區(qū)域小、柔性差、響應(yīng)慢和精度一致性差等問題。

表1 大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在位機(jī)器人加工系統(tǒng)對比

表2 推進(jìn)器螺旋槳機(jī)器人加工系統(tǒng)對比

本成果處于已有樣機(jī)階段。

應(yīng)用于長江電力三峽和葛洲壩電站的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在位銑磨修復(fù)加工，應(yīng)用于鎮(zhèn)江同舟螺旋槳公司的大型艦船用螺旋槳葉片銑削加工。

由于大型結(jié)構(gòu)件的數(shù)控機(jī)床加工成本高、占用地方大，難以迅速提高產(chǎn)能，因此機(jī)器人加工具有成本低、靈活、工作空間大的優(yōu)勢，是大型結(jié)構(gòu)件的有效加工手段。預(yù)計(jì)潛在的市場規(guī)?？稍?-10億內(nèi)。

本成果已申請6項(xiàng)中國專利。

專利許可、專利轉(zhuǎn)讓、作價入股、技術(shù)開發(fā)、面談等。