為了機匣不再“卡脖子”

——我國首套重型五軸立式銑車機床攻關之路

       【創新故事】

       3月19日，由武漢重型機床集團有限公司(以下簡稱武重集團)牽頭研制的“大型復雜薄壁回轉構件的高精銑車復合柔性加工技術及裝備”項目，順利通過中國機械工程學會組織的科技成果鑒定，獲得充分肯定。

       該技術研發之初瞄準的目標，是希望改變這樣一個局面——近年來我國船舶工業快速發展，但作為船舶“心臟”的燃氣輪機，其核心關鍵零件機匣的研制加工卻長期受制于人。

       2016年，武重集團組建起一支年輕團隊，針對這一“卡脖子”技術發起了攻關。

       “國家需要，我們就干”

       機匣類零件作為燃氣輪機的支撐和關鍵受力零件，需要在高溫、高壓下工作，是影響燃氣輪機抗沖擊和抗振動性能的關鍵因子。

       武重集團副總經理、裝備技術研究院院長陳昳表示，燃氣輪機機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，是燃氣輪機上最難制造的零件之一。

       長期以來，我國大量機匣類零件只能采用數控立式車床和加工中心等設備分工序組合的方式加工，不但精度和工藝穩定性難以保證，而且成本高、效率低。

       陳昳介紹說，機匣加工需要多道工序，包括車、銑、鉆、鏜等。使用多種機床加工，每完成一道工序都要把機匣取下來，裝夾到下一臺機床上。薄壁零件一拆、一挪就變形了，重新裝夾費時費力，稍有不慎就會影響加工精度，導致出現廢品。

       要解決上述難題，就要研制出僅需一次裝夾就能實現全部工序復合化、高精度加工的機床，而且技術必須完全自主可控。

       “國家需要，我們就干！”武重集團黨委書記、董事長洪彰勇表示。

       2016年年初，武重集團爭取到試制燃氣輪機機匣加工設備樣機的機會。集團制定了總體技術方案，確立了車銑復合工作臺、高剛性高轉速車銑復合刀架、高精度工作臺交換系統等多項關鍵技術科研先導項目。

       自力更生從“0”到“1”

       隨著該項目科技攻關“路線圖”逐步顯現，一群年輕人，帶著一股子沖勁，扛起了這一重擔。

       要實現該項目所要求的一次裝夾完成全部工序的復合、柔性加工機床，首先要實現五軸聯動加工，這也是目前國際數控機床的最高水平。

       傳統立式車銑機床多為三軸，指代表刀架水平移動的X軸、滑枕上下移動的Z軸、工作臺上回轉的C軸，共三個進給伺服軸。本項目的五軸則是在這三個進給軸基礎上，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。五軸聯動，可以車削圓柱、圓錐、各種旋轉曲面體，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，五軸技術一直被國外封鎖。我國雖然研發過一些五軸機床產品，但主要為中小型機床。在滿足重大裝備制造需求的大型、重型車銑類機床領域，特別是具備回轉工作臺直線進給功能和重型車銑工位自動交換功能的五軸車銑復合加工中心，國內尚無先例。

       沒有經驗、沒有圖紙、沒有專項人才。項目團隊查閱了大量資料，唯一的收獲是某次國際機床展宣傳冊上的照片。他們認識到，只能自力更生實現從“0”到“1”的突破。

       不滿足于精度達標

       那段時間，武重集團辦公樓和廠房總有幾盞燈徹夜長明。項目團隊十幾個人“5加2”“白加黑”地工作，一次次將技術方案推倒重來，為一環套一環的難題絞盡腦汁。

       除了五軸聯動、柔性制造功能，他們還為該機床賦予了自我監測、智能診斷、自適應加工能力。例如，加工過程中如果機床刀具磨損，會導致工件受損作廢，而該機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微影響也能敏銳檢測，并實現自動補償。高智能化使得該機床運行時幾乎不需要人工干預。陳昳說，普通重型機床，每臺一般需要12人操作，但是該機床，一個人就可以管理4臺。

       經過近3年艱苦攻關，項目終于推進到樣機驗收前的最后一步——安裝調試階段。

       “主機端跳徑跳均達到0.01毫米、找正臺端跳徑跳均為0.03毫米、交換精度達到0.02毫米。”檢測結果讓大家興奮不已。

       但他們很快發現，雖然精度達標，但主機和找正臺跳動的方向卻有細微差別。大家又重新調試起來……

       最終交付的樣機，定位精度、重復定位精度等指標均優于國際標準。試用后，其性能讓原本對國產設備心存疑慮的用戶單位喜出望外，一次續訂了39臺。

       2023年以來，武重集團陸續接到批量機床訂單，用戶來自風電、機械工程箱體加工及齒輪加工等領域。這標志著該項目已實現成功轉化，打通了從技術研發、試驗試制到成果轉化的全鏈條。

       “就在今年3月17日，武重集團獲評國務院國資委‘創建世界一流專精特新示范企業’，這是對武重集團主動融入和服務國家發展戰略，深入推進科技創新工作的充分認可。”洪彰勇說，“我們將緊緊圍繞黨的二十大關于科技創新的重大決策部署，一以貫之踐行習近平總書記重要指示精神，立足高端裝備、短板裝備、智能裝備發展，強化科技人才培養的頂層設計和戰略規劃，在戰略必爭領域打造更多獨門絕技！”