文章來源：中國通用技術（集團）控股有限責任公司 發(fā)布時間：2021-01-12
摘要：沈機集團通過自主創(chuàng)新，瞄準市場需求，打破國外壟斷，研制替代進口超長行程高檔數(shù)控機床，解決“卡脖子”問題。攻克了一批核心和關鍵技術，有些技術甚至是首次應用，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)控機床研制水平。
關鍵詞：突破技術 打破壟斷
背景PART 01
沈陽機床（集團）有限責任公司（SYMG，以下簡稱沈機集團）是中國通用技術（集團）控股有限責任公司旗下企業(yè)，是中國機床行業(yè)領軍企業(yè)，是中國機床行業(yè)多項第一創(chuàng)造者。沈機集團秉承裝備中國工業(yè)使命，堅持自主創(chuàng)新突破核心技術，跟蹤國家需求攻關，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、軌道交通等重點行業(yè)和領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，高鐵建設對于我國經(jīng)濟發(fā)展具有舉足輕重的地位，其發(fā)展水平也代表了一個國家的頂尖技術實力。
鋁合金由于具有密度低、強度高，塑性好等特點，目前廣泛應用于高鐵車體側(cè)墻、邊梁、底架、牽枕緩等大型結(jié)構件中。目前國內(nèi)高鐵配套廠家對大型鋁制結(jié)構件（機床最大行程達60米）加工設備的需求量大，市場完全被國外機床廠商壟斷。為打破這一困境，沈機集團針對國內(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。
這一重大型專機設備的成功研制將徹底打破國外機床在該應用領域的壟斷地位。為國產(chǎn)機床占領高端市場份額，提升高端裝備技術水平，掌握高鐵裝備制造核心技術做出貢獻。
責任行動PART 02
（一）立項情況
2018年沈機集團“面向軌道交通機車典型零件加工的超大型龍門移動式五軸加工機床研發(fā)”申報“沈陽市重大科技研發(fā)項目”，本項目資金總預算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）項目團隊
“面向軌道交通機車典型零件加工的超大型龍門移動式五軸加工機床研發(fā)”項目由沈機集團所屬企業(yè)中捷機床有限公司教授級高級工程師嚴昊明帶領，嚴昊明是中共黨員，曾獲全國五一勞動獎章、遼寧省勞動模范，曾擔任國家"高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備"科技重大專項課題組組長，他主管課題"帶AB軸的高速五軸聯(lián)動加工中心"已成功通過國家驗收。團隊成員由高級工程師37人，工程師152人組成，包括技術、工藝質(zhì)量、生產(chǎn)加工、設備保障及組織協(xié)調(diào)等多個小組，遍及設計、工藝、電氣、生產(chǎn)、質(zhì)量、運營等多個部門。
（三）攻克一批關鍵技術
項目團隊圍繞工作重點、難點問題開展技術攻關，成功研制了“GMC45620u超大型龍門移動式五軸聯(lián)動加工機床”攻克了一批技術難點及核心技術。
1.高鐵行業(yè)高端大型機床整機輕量化關鍵技術
高鐵行業(yè)典型零件要求加工機床X向超長行程（行程大于60米）、Y向大框架（行程大于4.5米）龍門機床，并且龍門框架整體移動進行加工。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)響應和高速移動速度。如果沿用傳統(tǒng)鑄鐵件龍門框架設計，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，項目團隊制定了“整機鋼結(jié)構焊接件”方案，從兩個方面進行整機輕量化的研究，一是材料方面采用鋼結(jié)構焊接件；二是整機新型結(jié)構的研發(fā)。結(jié)果驗證了這一方案是成功的，在保證強度和精度的前提下將總重量降為30噸，龍門框架整機總重量降低一半還多。該關鍵技術的研發(fā)也為所有大型機床的輕量化設計積累寶貴的經(jīng)驗，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行共性技術推廣應用具有重要意義。
2.超長行程床身精度一致性關鍵技術
“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機床” 床身本體長度達70米，X向雙工位總行程62米，在國內(nèi)機床行業(yè)是首次超長行程應用。制造難點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，這項難題在國內(nèi)機床領域尚無解決辦法，項目團隊多次采用“頭腦風暴”法，經(jīng)過多次試驗改進，終于攻克了超長行程床身分段對接關鍵技術，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。代表著中國機床行業(yè)超大型機床領域又實現(xiàn)一項突破。
3.大型數(shù)控機床的龍門快移技術
大型龍門移動式數(shù)控機床的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，移動速度快提高了定位精度難度。快速移動速度是考核機床性能的重要指標，也嚴重影響著機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床來說屬于“超高速”范疇。
項目團隊在龍門快移技術方面具有較為豐富的經(jīng)驗和技術積累，在設計過程中借助伺服驅(qū)動的動態(tài)性能綜合分析技術，考量不同驅(qū)動方案性能；借助有限元分析技術，對主要結(jié)構件進行動力學及模態(tài)分析。得益于前一項輕量化攻關成果，最終“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機床”快移速度達到40m/min，達到世界先進水平。
4.大型五軸聯(lián)動數(shù)控機床高精度技術
自2009年開始，沈機集團高檔數(shù)控機床都采用“S試件”加工檢測方法研制高精度機床。在“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機床”項目研制中，當然還用這個方法。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床”表現(xiàn)優(yōu)秀，完全高于S試件檢驗標準要求。
5.大型龍門移動式機床橫梁變形控制技術
大型龍門移動式機床的橫梁起到主要的連結(jié)和承載作用，其剛性和穩(wěn)定性決定了機床整體精度和精度穩(wěn)定性。將橫梁自身因應力變形導致的精度變化降到最低，可提高大型龍門機床的精度。由于大型龍門機床的橫梁長度較長（超過6米），因此焊接結(jié)構件都是分段焊接形式，存在較大的焊接應力，自身變形穩(wěn)定性較差。為了改善這一狀況，項目團隊決定將橫梁焊接結(jié)構件長度方向主要支撐部分采用板材整體折彎成型，減少應力變形。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.工件毛坯誤差補償加工技術
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、焊接應力、材料強度等多重因素影響，極易產(chǎn)生各種復雜變形。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”，致使零件報廢。為了解決這一難題，項目團隊研發(fā)出“工件毛坯誤差補償加工技術”，這一技術的應用在國內(nèi)機床領域?qū)儆凇伴_創(chuàng)先河”。工件在機床上裝夾完成后，使用測量裝置對待加工零件表面采點測量，應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)”，對刀尖點位置進行實時補償，杜絕了由于薄壁等問題導致零件加工報廢的隱患。
項目團隊只用了一年多時間成功研制“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機床”，其性能指標達到世界最先進水平，價格僅為國外設備的三分之二。
履責成效PART 03
（一）突破一批核心關鍵技術
本項目在研制過程中，項目團隊突破層層阻礙，獲得一批機床制造核心和關鍵技術，可以說是對特大型機床研制技術的一次集中突破，對發(fā)展重大型和特大型高檔數(shù)控機床，提升中國高端裝備技術水平，掌握高鐵裝備制造核心技術做出重要貢獻。
（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、機加工車體上、下邊梁、車體型材折彎等十幾種深加工產(chǎn)品。“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機床”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)構件。“GMC45620u超大型龍門移動式五軸加工機床”為國產(chǎn)機床占領機床市場份額，尤其是特大型高檔數(shù)控機床市場份額，做出重要貢獻。
（三）打破國外壟斷
本項目是面向軌道交通（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床，用于高鐵大型結(jié)構件（如側(cè)墻、底架、邊梁等）的五軸聯(lián)動加工。這一重大型專機設備的成功研制，一舉打破國外機床在該應用領域的壟斷地位，填補國內(nèi)空白。
展望PART 04
按照國內(nèi)市場對此類設備需求量100臺，該產(chǎn)品搶占30%市場份額計算，將為企業(yè)創(chuàng)造近7億元銷售收入。同時為設備購置廠商節(jié)省約3億元購置成本。為打破國外機床在該應用領域的壟斷地位、國產(chǎn)機床占領高端市場份額、提升高端裝備技術水平、掌握高鐵裝備制造核心技術做出貢獻。
又一批核心和關鍵技術突破，將帶動中國機床行業(yè)在“專精特新”的發(fā)展道路上整體進步，將推動研制出更多世界一流水平高檔數(shù)控機床，徹底解決我國高檔數(shù)控機床“卡脖子”的問題，把技術牢牢掌握在自己手中。
【責任編輯：李沐霖】
