文章來源：中國通用技術(shù)（集團(tuán)）控股有限責(zé)任公司 發(fā)布時(shí)間：2021-01-12
摘要：沈機(jī)集團(tuán)通過自主創(chuàng)新，瞄準(zhǔn)市場需求，打破國外壟斷，研制替代進(jìn)口超長行程高檔數(shù)控機(jī)床，解決“卡脖子”問題。攻克了一批核心和關(guān)鍵技術(shù)，有些技術(shù)甚至是首次應(yīng)用，在“專精特新”道路上邁出可喜一步，提升了中國大型高檔數(shù)控機(jī)床研制水平。
關(guān)鍵詞：突破技術(shù) 打破壟斷
背景PART 01
沈陽機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（SYMG，以下簡稱沈機(jī)集團(tuán)）是中國通用技術(shù)（集團(tuán)）控股有限責(zé)任公司旗下企業(yè)，是中國機(jī)床行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，是中國機(jī)床行業(yè)多項(xiàng)第一創(chuàng)造者。沈機(jī)集團(tuán)秉承裝備中國工業(yè)使命，堅(jiān)持自主創(chuàng)新突破核心技術(shù)，跟蹤國家需求攻關(guān)，不斷打破國外封鎖和壟斷，廣泛提升了中國工業(yè)企業(yè)裝備水平，為國家航空航天、軍工、船舶、汽車、軌道交通等重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域提供重要裝備支撐。
隨著“一帶一路”倡議的不斷拓展，中國軌道交通技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展，高鐵裝備制造業(yè)迎來了發(fā)展的黃金期。高鐵是我國高端制造業(yè)的典型代表之一，高鐵建設(shè)對于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的地位，其發(fā)展水平也代表了一個(gè)國家的頂尖技術(shù)實(shí)力。
鋁合金由于具有密度低、強(qiáng)度高，塑性好等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于高鐵車體側(cè)墻、邊梁、底架、牽枕緩等大型結(jié)構(gòu)件中。目前國內(nèi)高鐵配套廠家對大型鋁制結(jié)構(gòu)件（機(jī)床最大行程達(dá)60米）加工設(shè)備的需求量大，市場完全被國外機(jī)床廠商壟斷。為打破這一困境，沈機(jī)集團(tuán)針對國內(nèi)某龍頭企業(yè)典型零件加工需求，研制超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床。用于高鐵行業(yè)車廂典型件（如側(cè)墻、底架、邊梁等）的五軸聯(lián)動加工。
這一重大型專機(jī)設(shè)備的成功研制將徹底打破國外機(jī)床在該應(yīng)用領(lǐng)域的壟斷地位。為國產(chǎn)機(jī)床占領(lǐng)高端市場份額，提升高端裝備技術(shù)水平，掌握高鐵裝備制造核心技術(shù)做出貢獻(xiàn)。
責(zé)任行動PART 02
（一）立項(xiàng)情況
2018年沈機(jī)集團(tuán)“面向軌道交通機(jī)車典型零件加工的超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床研發(fā)”申報(bào)“沈陽市重大科技研發(fā)項(xiàng)目”，本項(xiàng)目資金總預(yù)算1700萬元，其中申請政府資金支持100萬元，企業(yè)自籌資金1600萬元。
（二）項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)
“面向軌道交通機(jī)車典型零件加工的超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床研發(fā)”項(xiàng)目由沈機(jī)集團(tuán)所屬企業(yè)中捷機(jī)床有限公司教授級高級工程師嚴(yán)昊明帶領(lǐng)，嚴(yán)昊明是中共黨員，曾獲全國五一勞動獎?wù)隆⑦|寧省勞動模范，曾擔(dān)任國家"高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備"科技重大專項(xiàng)課題組組長，他主管課題"帶AB軸的高速五軸聯(lián)動加工中心"已成功通過國家驗(yàn)收。團(tuán)隊(duì)成員由高級工程師37人，工程師152人組成，包括技術(shù)、工藝質(zhì)量、生產(chǎn)加工、設(shè)備保障及組織協(xié)調(diào)等多個(gè)小組，遍及設(shè)計(jì)、工藝、電氣、生產(chǎn)、質(zhì)量、運(yùn)營等多個(gè)部門。
（三）攻克一批關(guān)鍵技術(shù)
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)圍繞工作重點(diǎn)、難點(diǎn)問題開展技術(shù)攻關(guān)，成功研制了“GMC45620u超大型龍門移動式五軸聯(lián)動加工機(jī)床”攻克了一批技術(shù)難點(diǎn)及核心技術(shù)。
1.高鐵行業(yè)高端大型機(jī)床整機(jī)輕量化關(guān)鍵技術(shù)
高鐵行業(yè)典型零件要求加工機(jī)床X向超長行程（行程大于60米）、Y向大框架（行程大于4.5米）龍門機(jī)床，并且龍門框架整體移動進(jìn)行加工。為了滿足典型零件的加工精度和加工效率，要求移動的龍門框架具有高動態(tài)響應(yīng)和高速移動速度。如果沿用傳統(tǒng)鑄鐵件龍門框架設(shè)計(jì)，龍門重量將超過65噸，無法保證高鐵行業(yè)典型零件的加工效率和精度。
為此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制定了“整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)焊接件”方案，從兩個(gè)方面進(jìn)行整機(jī)輕量化的研究，一是材料方面采用鋼結(jié)構(gòu)焊接件；二是整機(jī)新型結(jié)構(gòu)的研發(fā)。結(jié)果驗(yàn)證了這一方案是成功的，在保證強(qiáng)度和精度的前提下將總重量降為30噸，龍門框架整機(jī)總重量降低一半還多。該關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)也為所有大型機(jī)床的輕量化設(shè)計(jì)積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行共性技術(shù)推廣應(yīng)用具有重要意義。
2.超長行程床身精度一致性關(guān)鍵技術(shù)
“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床” 床身本體長度達(dá)70米，X向雙工位總行程62米，在國內(nèi)機(jī)床行業(yè)是首次超長行程應(yīng)用。制造難點(diǎn)在于床身是分段對接形式，如果各組床身結(jié)合面精度一致性無法保證，全行程精度將徹底超差，機(jī)床整體精度將無法滿足使用要求。受加工、檢測及裝配工藝限制，這項(xiàng)難題在國內(nèi)機(jī)床領(lǐng)域尚無解決辦法，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)多次采用“頭腦風(fēng)暴”法，經(jīng)過多次試驗(yàn)改進(jìn)，終于攻克了超長行程床身分段對接關(guān)鍵技術(shù)，完美解決各組床身精度一致性和超長行程整體直線度問題。代表著中國機(jī)床行業(yè)超大型機(jī)床領(lǐng)域又實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)突破。
3.大型數(shù)控機(jī)床的龍門快移技術(shù)
大型龍門移動式數(shù)控機(jī)床的X軸驅(qū)動部件為龍門框架，總質(zhì)量幾十噸，快移產(chǎn)生的動能極大。同時(shí)，移動速度快提高了定位精度難度?？焖僖苿铀俣仁强己藱C(jī)床性能的重要指標(biāo)，也嚴(yán)重影響著機(jī)床的加工效率和零件質(zhì)量。通常，20m/min以上快移速度對于重型機(jī)床來說屬于“超高速”范疇。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在龍門快移技術(shù)方面具有較為豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，在設(shè)計(jì)過程中借助伺服驅(qū)動的動態(tài)性能綜合分析技術(shù)，考量不同驅(qū)動方案性能；借助有限元分析技術(shù)，對主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行動力學(xué)及模態(tài)分析。得益于前一項(xiàng)輕量化攻關(guān)成果，最終“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床”快移速度達(dá)到40m/min，達(dá)到世界先進(jìn)水平。
4.大型五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高精度技術(shù)
自2009年開始，沈機(jī)集團(tuán)高檔數(shù)控機(jī)床都采用“S試件”加工檢測方法研制高精度機(jī)床。在“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床”項(xiàng)目研制中，當(dāng)然還用這個(gè)方法。在幾何精度、定位精度、綜合加工效率、綜合表面加工質(zhì)量等方面“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床”表現(xiàn)優(yōu)秀，完全高于S試件檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。
5.大型龍門移動式機(jī)床橫梁變形控制技術(shù)
大型龍門移動式機(jī)床的橫梁起到主要的連結(jié)和承載作用，其剛性和穩(wěn)定性決定了機(jī)床整體精度和精度穩(wěn)定性。將橫梁自身因應(yīng)力變形導(dǎo)致的精度變化降到最低，可提高大型龍門機(jī)床的精度。由于大型龍門機(jī)床的橫梁長度較長（超過6米），因此焊接結(jié)構(gòu)件都是分段焊接形式，存在較大的焊接應(yīng)力，自身變形穩(wěn)定性較差。為了改善這一狀況，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定將橫梁焊接結(jié)構(gòu)件長度方向主要支撐部分采用板材整體折彎成型，減少應(yīng)力變形。6米多長橫梁，自重變形比一根頭發(fā)絲還少，而且穩(wěn)定性非常好。
6.工件毛坯誤差補(bǔ)償加工技術(shù)
針對用戶工件均為數(shù)十米長的骨架式鋁合金型材，具有輕質(zhì)、薄壁、易變型等特性。在加工過程中，受裝夾力、焊接應(yīng)力、材料強(qiáng)度等多重因素影響，極易產(chǎn)生各種復(fù)雜變形。并且，由于鋁型材厚度薄，變形量過大甚至可能發(fā)生加工面“銑漏”，致使零件報(bào)廢。為了解決這一難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)出“工件毛坯誤差補(bǔ)償加工技術(shù)”，這一技術(shù)的應(yīng)用在國內(nèi)機(jī)床領(lǐng)域?qū)儆凇伴_創(chuàng)先河”。工件在機(jī)床上裝夾完成后，使用測量裝置對待加工零件表面采點(diǎn)測量，應(yīng)用插值算法勾勒出待加工零件表面的“全息圖像”，并將“圖像數(shù)據(jù)”存入數(shù)控系統(tǒng)。加工過程中，加工程序直接調(diào)用“圖像數(shù)據(jù)”，對刀尖點(diǎn)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，杜絕了由于薄壁等問題導(dǎo)致零件加工報(bào)廢的隱患。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)只用了一年多時(shí)間成功研制“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床”，其性能指標(biāo)達(dá)到世界最先進(jìn)水平，價(jià)格僅為國外設(shè)備的三分之二。
履責(zé)成效PART 03
（一）突破一批核心關(guān)鍵技術(shù)
本項(xiàng)目在研制過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)突破層層阻礙，獲得一批機(jī)床制造核心和關(guān)鍵技術(shù)，可以說是對特大型機(jī)床研制技術(shù)的一次集中突破，對發(fā)展重大型和特大型高檔數(shù)控機(jī)床，提升中國高端裝備技術(shù)水平，掌握高鐵裝備制造核心技術(shù)做出重要貢獻(xiàn)。
（二）研制成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化為社會效益
“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床”首位用戶遼寧忠旺鋁合金精深加工有限公司。該公司主要生產(chǎn)高鐵車體鋁型材大部件、機(jī)加工車體上、下邊梁、車體型材折彎等十幾種深加工產(chǎn)品?！癎MC45620u超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床”主要為用戶加工高鐵車體的側(cè)墻、邊梁、底架、牽枕緩等大型鋁合金結(jié)構(gòu)件?！癎MC45620u超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床”為國產(chǎn)機(jī)床占領(lǐng)機(jī)床市場份額，尤其是特大型高檔數(shù)控機(jī)床市場份額，做出重要貢獻(xiàn)。
（三）打破國外壟斷
本項(xiàng)目是面向軌道交通（高鐵）行業(yè)研發(fā)的國內(nèi)首臺超大型龍門移動式五軸加工機(jī)床，用于高鐵大型結(jié)構(gòu)件（如側(cè)墻、底架、邊梁等）的五軸聯(lián)動加工。這一重大型專機(jī)設(shè)備的成功研制，一舉打破國外機(jī)床在該應(yīng)用領(lǐng)域的壟斷地位，填補(bǔ)國內(nèi)空白。
展望PART 04
按照國內(nèi)市場對此類設(shè)備需求量100臺，該產(chǎn)品搶占30%市場份額計(jì)算，將為企業(yè)創(chuàng)造近7億元銷售收入。同時(shí)為設(shè)備購置廠商節(jié)省約3億元購置成本。為打破國外機(jī)床在該應(yīng)用領(lǐng)域的壟斷地位、國產(chǎn)機(jī)床占領(lǐng)高端市場份額、提升高端裝備技術(shù)水平、掌握高鐵裝備制造核心技術(shù)做出貢獻(xiàn)。
又一批核心和關(guān)鍵技術(shù)突破，將帶動中國機(jī)床行業(yè)在“專精特新”的發(fā)展道路上整體進(jìn)步，將推動研制出更多世界一流水平高檔數(shù)控機(jī)床，徹底解決我國高檔數(shù)控機(jī)床“卡脖子”的問題，把技術(shù)牢牢掌握在自己手中。
【責(zé)任編輯：李沐霖】
