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为了机匣不再“卡脖子”

——我国首套重型五轴立式铣车机床攻关之路

       【创新故事】

       3月19日，由武汉重型机床集团有限公司(以下简称武重集团)牵头研制的“大型复杂薄壁回转构件的高精铣车复合柔性加工技术及装备”项目，顺利通过中国机械工程学会组织的科技成果鉴定，获得充分肯定。

       该技术研发之初瞄准的目标，是希望改变这样一个局面——近年来我国船舶工业快速发展，但作为船舶“心脏”的燃气轮机，其核心关键零件机匣的研制加工却长期受制于人。

       2016年，武重集团组建起一支年轻团队，针对这一“卡脖子”技术发起了攻关。

       “国家需要，我们就干”

       机匣类零件作为燃气轮机的支撑和关键受力零件，需要在高温、高压下工作，是影响燃气轮机抗冲击和抗振动性能的关键因子。

       武重集团副总经理、装备技术研究院院长陈昳表示，燃气轮机机匣多为大直径薄壁件，最薄处只有1.5至3毫米，切削时极易变形，是燃气轮机上最难制造的零件之一。

       长期以来，我国大量机匣类零件只能采用数控立式车床和加工中心等设备分工序组合的方式加工，不但精度和工艺稳定性难以保证，而且成本高、效率低。

       陈昳介绍说，机匣加工需要多道工序，包括车、铣、钻、镗等。使用多种机床加工，每完成一道工序都要把机匣取下来，装夹到下一台机床上。薄壁零件一拆、一挪就变形了，重新装夹费时费力，稍有不慎就会影响加工精度，导致出现废品。

       要解决上述难题，就要研制出仅需一次装夹就能实现全部工序复合化、高精度加工的机床，而且技术必须完全自主可控。

       “国家需要，我们就干！”武重集团党委书记、董事长洪彰勇表示。

       2016年年初，武重集团争取到试制燃气轮机机匣加工设备样机的机会。集团制定了总体技术方案，确立了车铣复合工作台、高刚性高转速车铣复合刀架、高精度工作台交换系统等多项关键技术科研先导项目。

       自力更生从“0”到“1”

       随着该项目科技攻关“路线图”逐步显现，一群年轻人，带着一股子冲劲，扛起了这一重担。

       要实现该项目所要求的一次装夹完成全部工序的复合、柔性加工机床，首先要实现五轴联动加工，这也是目前国际数控机床的最高水平。

       传统立式车铣机床多为三轴，指代表刀架水平移动的X轴、滑枕上下移动的Z轴、工作台上回转的C轴，共三个进给伺服轴。本项目的五轴则是在这三个进给轴基础上，增加了工作台前后移动的Y轴和位于滑枕末端摆角铣头的B轴。五轴联动，可以车削圆柱、圆锥、各种旋转曲面体，以及平面、沟槽、螺纹；搭配铣头等附件，还可以铣削平面、斜面，钻削垂直、水平或倾斜的孔。

       陈昳说，五轴技术一直被国外封锁。我国虽然研发过一些五轴机床产品，但主要为中小型机床。在满足重大装备制造需求的大型、重型车铣类机床领域，特别是具备回转工作台直线进给功能和重型车铣工位自动交换功能的五轴车铣复合加工中心，国内尚无先例。

       没有经验、没有图纸、没有专项人才。项目团队查阅了大量资料，唯一的收获是某次国际机床展宣传册上的照片。他们认识到，只能自力更生实现从“0”到“1”的突破。

       不满足于精度达标

       那段时间，武重集团办公楼和厂房总有几盏灯彻夜长明。项目团队十几个人“5加2”“白加黑”地工作，一次次将技术方案推倒重来，为一环套一环的难题绞尽脑汁。

       除了五轴联动、柔性制造功能，他们还为该机床赋予了自我监测、智能诊断、自适应加工能力。例如，加工过程中如果机床刀具磨损，会导致工件受损作废，而该机床可以提前感知刀具磨损情况，自动更换刀具、附件等，甚至对温度变化等因素给加工精度带来的细微影响也能敏锐检测，并实现自动补偿。高智能化使得该机床运行时几乎不需要人工干预。陈昳说，普通重型机床，每台一般需要12人操作，但是该机床，一个人就可以管理4台。

       经过近3年艰苦攻关，项目终于推进到样机验收前的最后一步——安装调试阶段。

       “主机端跳径跳均达到0.01毫米、找正台端跳径跳均为0.03毫米、交换精度达到0.02毫米。”检测结果让大家兴奋不已。

       但他们很快发现，虽然精度达标，但主机和找正台跳动的方向却有细微差别。大家又重新调试起来……

       最终交付的样机，定位精度、重复定位精度等指标均优于国际标准。试用后，其性能让原本对国产设备心存疑虑的用户单位喜出望外，一次续订了39台。

       2023年以来，武重集团陆续接到批量机床订单，用户来自风电、机械工程箱体加工及齿轮加工等领域。这标志着该项目已实现成功转化，打通了从技术研发、试验试制到成果转化的全链条。

       “就在今年3月17日，武重集团获评国务院国资委‘创建世界一流专精特新示范企业’，这是对武重集团主动融入和服务国家发展战略，深入推进科技创新工作的充分认可。”洪彰勇说，“我们将紧紧围绕党的二十大关于科技创新的重大决策部署，一以贯之践行习近平总书记重要指示精神，立足高端装备、短板装备、智能装备发展，强化科技人才培养的顶层设计和战略规划，在战略必争领域打造更多独门绝技！”