為了機(jī)匣不再“卡脖子”
——我國首套重型五軸立式銑車機(jī)床攻關(guān)之路
◎本報記者?付毅飛
3月19日，由武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司（以下簡稱武重集團(tuán)）牽頭研制的“大型復(fù)雜薄壁回轉(zhuǎn)構(gòu)件的高精銑車復(fù)合柔性加工技術(shù)及裝備”項目，順利通過中國機(jī)械工程學(xué)會組織的科技成果鑒定，獲得充分肯定。
該技術(shù)研發(fā)之初瞄準(zhǔn)的目標(biāo)，是希望改變這樣一個局面——近年來我國船舶工業(yè)快速發(fā)展，但作為船舶“心臟”的燃?xì)廨啓C(jī)，其核心關(guān)鍵零件機(jī)匣的研制加工卻長期受制于人。
2016年，武重集團(tuán)組建起一支年輕團(tuán)隊，針對這一“卡脖子”技術(shù)發(fā)起了攻關(guān)。
“國家需要，我們就干”
機(jī)匣類零件作為燃?xì)廨啓C(jī)的支撐和關(guān)鍵受力零件，需要在高溫、高壓下工作，是影響燃?xì)廨啓C(jī)抗沖擊和抗振動性能的關(guān)鍵因子。
武重集團(tuán)副總經(jīng)理、裝備技術(shù)研究院院長陳昳表示，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣多為大直徑薄壁件，最薄處只有1.5至3毫米，切削時極易變形，是燃?xì)廨啓C(jī)上最難制造的零件之一。
長期以來，我國大量機(jī)匣類零件只能采用數(shù)控立式車床和加工中心等設(shè)備分工序組合的方式加工，不但精度和工藝穩(wěn)定性難以保證，而且成本高、效率低。
陳昳介紹說，機(jī)匣加工需要多道工序，包括車、銑、鉆、鏜等。使用多種機(jī)床加工，每完成一道工序都要把機(jī)匣取下來，裝夾到下一臺機(jī)床上。薄壁零件一拆、一挪就變形了，重新裝夾費(fèi)時費(fèi)力，稍有不慎就會影響加工精度，導(dǎo)致出現(xiàn)廢品。
要解決上述難題，就要研制出僅需一次裝夾就能實現(xiàn)全部工序復(fù)合化、高精度加工的機(jī)床，而且技術(shù)必須完全自主可控。
“國家需要，我們就干！”武重集團(tuán)黨委書記、董事長洪彰勇表示。
2016年年初，武重集團(tuán)爭取到試制燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣加工設(shè)備樣機(jī)的機(jī)會。集團(tuán)制定了總體技術(shù)方案，確立了車銑復(fù)合工作臺、高剛性高轉(zhuǎn)速車銑復(fù)合刀架、高精度工作臺交換系統(tǒng)等多項關(guān)鍵技術(shù)科研先導(dǎo)項目。
自力更生從“0”到“1”
隨著該項目科技攻關(guān)“路線圖”逐步顯現(xiàn)，一群年輕人，帶著一股子沖勁，扛起了這一重?fù)?dān)。
要實現(xiàn)該項目所要求的一次裝夾完成全部工序的復(fù)合、柔性加工機(jī)床，首先要實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工，這也是目前國際數(shù)控機(jī)床的最高水平。
傳統(tǒng)立式車銑機(jī)床多為三軸，指代表刀架水平移動的X軸、滑枕上下移動的Z軸、工作臺上回轉(zhuǎn)的C軸，共三個進(jìn)給伺服軸。本項目的五軸則是在這三個進(jìn)給軸基礎(chǔ)上，增加了工作臺前后移動的Y軸和位于滑枕末端擺角銑頭的B軸。五軸聯(lián)動，可以車削圓柱、圓錐、各種旋轉(zhuǎn)曲面體，以及平面、溝槽、螺紋；搭配銑頭等附件，還可以銑削平面、斜面，鉆削垂直、水平或傾斜的孔。
陳昳說，五軸技術(shù)一直被國外封鎖。我國雖然研發(fā)過一些五軸機(jī)床產(chǎn)品，但主要為中小型機(jī)床。在滿足重大裝備制造需求的大型、重型車銑類機(jī)床領(lǐng)域，特別是具備回轉(zhuǎn)工作臺直線進(jìn)給功能和重型車銑工位自動交換功能的五軸車銑復(fù)合加工中心，國內(nèi)尚無先例。
沒有經(jīng)驗、沒有圖紙、沒有專項人才。項目團(tuán)隊查閱了大量資料，唯一的收獲是某次國際機(jī)床展宣傳冊上的照片。他們認(rèn)識到，只能自力更生實現(xiàn)從“0”到“1”的突破。
不滿足于精度達(dá)標(biāo)
那段時間，武重集團(tuán)辦公樓和廠房總有幾盞燈徹夜長明。項目團(tuán)隊十幾個人“5加2”“白加黑”地工作，一次次將技術(shù)方案推倒重來，為一環(huán)套一環(huán)的難題絞盡腦汁。
除了五軸聯(lián)動、柔性制造功能，他們還為該機(jī)床賦予了自我監(jiān)測、智能診斷、自適應(yīng)加工能力。例如，加工過程中如果機(jī)床刀具磨損，會導(dǎo)致工件受損作廢，而該機(jī)床可以提前感知刀具磨損情況，自動更換刀具、附件等，甚至對溫度變化等因素給加工精度帶來的細(xì)微影響也能敏銳檢測，并實現(xiàn)自動補(bǔ)償。高智能化使得該機(jī)床運(yùn)行時幾乎不需要人工干預(yù)。陳昳說，普通重型機(jī)床，每臺一般需要12人操作，但是該機(jī)床，一個人就可以管理4臺。
經(jīng)過近3年艱苦攻關(guān)，項目終于推進(jìn)到樣機(jī)驗收前的最后一步——安裝調(diào)試階段。
“主機(jī)端跳徑跳均達(dá)到0.01毫米、找正臺端跳徑跳均為0.03毫米、交換精度達(dá)到0.02毫米?！睓z測結(jié)果讓大家興奮不已。
但他們很快發(fā)現(xiàn)，雖然精度達(dá)標(biāo)，但主機(jī)和找正臺跳動的方向卻有細(xì)微差別。大家又重新調(diào)試起來……
最終交付的樣機(jī)，定位精度、重復(fù)定位精度等指標(biāo)均優(yōu)于國際標(biāo)準(zhǔn)。試用后，其性能讓原本對國產(chǎn)設(shè)備心存疑慮的用戶單位喜出望外，一次續(xù)訂了39臺。
2023年以來，武重集團(tuán)陸續(xù)接到批量機(jī)床訂單，用戶來自風(fēng)電、機(jī)械工程箱體加工及齒輪加工等領(lǐng)域。這標(biāo)志著該項目已實現(xiàn)成功轉(zhuǎn)化，打通了從技術(shù)研發(fā)、試驗試制到成果轉(zhuǎn)化的全鏈條。
“就在今年3月17日，武重集團(tuán)獲評國務(wù)院國資委‘創(chuàng)建世界一流專精特新示范企業(yè)’，這是對武重集團(tuán)主動融入和服務(wù)國家發(fā)展戰(zhàn)略，深入推進(jìn)科技創(chuàng)新工作的充分認(rèn)可?！焙檎糜抡f，“我們將緊緊圍繞黨的二十大關(guān)于科技創(chuàng)新的重大決策部署，一以貫之踐行習(xí)近平總書記重要指示精神，立足高端裝備、短板裝備、智能裝備發(fā)展，強(qiáng)化科技人才培養(yǎng)的頂層設(shè)計和戰(zhàn)略規(guī)劃，在戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域打造更多獨(dú)門絕技！”
