文章來(lai)源(yuan)：中國通(tong)用技術（集(ji)團）控(kong)股有限責任公司 發(fa)布時間：2022-01-12
摘要：沈(shen)機集(ji)團通過自主創新，瞄準市場需求，打破國外壟斷(duan)，研(yan)制替(ti)代進口超長行程高(gao)檔數(shu)(shu)控(kong)機床，解決“卡脖子(zi)”問題(ti)。攻(gong)克了一(yi)批核心(xin)和關鍵技(ji)術(shu)，有些技(ji)術(shu)甚至是首次應用，在“專精特(te)新”道(dao)路(lu)上邁(mai)出(chu)可喜(xi)一(yi)步，提(ti)升(sheng)了中國大型(xing)高(gao)檔數(shu)(shu)控(kong)機床研(yan)制水(shui)平。
關鍵詞：突破技術 打破壟斷
背景PART 01
沈陽機床(chuang)（集(ji)團）有限責任公司(si)（SYMG，以下簡稱沈機集(ji)團）是中國(guo)(guo)通用技術（集(ji)團）控股(gu)有限責任公司(si)旗下企業，是中國(guo)(guo)機床(chuang)行(xing)業領軍企業，是中國(guo)(guo)機床(chuang)行(xing)業多項第一創(chuang)造者。沈機集(ji)團秉承裝(zhuang)(zhuang)備中國(guo)(guo)工業使(shi)命(ming)，堅持自(zi)主創(chuang)新突破核心(xin)技術，跟蹤(zong)國(guo)(guo)家需(xu)求(qiu)攻關，不斷打破國(guo)(guo)外封鎖和壟斷，廣泛提升了(le)中國(guo)(guo)工業企業裝(zhuang)(zhuang)備水(shui)平，為國(guo)(guo)家航(hang)空(kong)航(hang)天、軍工、船舶、汽(qi)車、軌道交(jiao)通等重點行(xing)業和領域提供重要(yao)裝(zhuang)(zhuang)備支撐。
隨著“一(yi)帶一(yi)路”倡(chang)議的不斷拓展(zhan)，中國(guo)軌道交通技術得(de)到(dao)了(le)蓬勃發展(zhan)，高(gao)鐵裝備制造(zao)業迎(ying)來了(le)發展(zhan)的黃金(jin)期。高(gao)鐵是我(wo)國(guo)高(gao)端制造(zao)業的典型(xing)代(dai)表之一(yi)，高(gao)鐵建(jian)設對于(yu)我(wo)國(guo)經(jing)濟發展(zhan)具有舉足(zu)輕重的地位，其發展(zhan)水平也代(dai)表了(le)一(yi)個國(guo)家(jia)的頂(ding)尖技術實(shi)力(li)。
鋁合(he)金由(you)于具有密度低、強度高，塑性好等(deng)特點(dian)，目前(qian)廣泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)于高鐵(tie)車(che)體(ti)側墻、邊梁(liang)、底(di)架、牽枕緩等(deng)大(da)(da)型結(jie)構(gou)件(jian)(jian)中。目前(qian)國(guo)內高鐵(tie)配套(tao)廠(chang)家(jia)對(dui)大(da)(da)型鋁制(zhi)結(jie)構(gou)件(jian)(jian)（機(ji)床(chuang)(chuang)最大(da)(da)行(xing)程達60米(mi)）加工(gong)設備的(de)需求量大(da)(da)，市場完全被國(guo)外機(ji)床(chuang)(chuang)廠(chang)商壟斷。為打破這一困境，沈機(ji)集團(tuan)針對(dui)國(guo)內某龍頭(tou)企業(ye)典型零件(jian)(jian)加工(gong)需求，研制(zhi)超大(da)(da)型龍門移動式五軸(zhou)(zhou)加工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)。用(yong)(yong)于高鐵(tie)行(xing)業(ye)車(che)廂典型件(jian)(jian)（如側墻、底(di)架、邊梁(liang)等(deng)）的(de)五軸(zhou)(zhou)聯動加工(gong)。
這一重大(da)型(xing)專機(ji)設備的(de)成功研制將(jiang)徹底(di)打(da)破國外機(ji)床在該應用領(ling)域的(de)壟斷地位。為國產機(ji)床占領(ling)高(gao)端市場份額，提升高(gao)端裝備技(ji)術(shu)水平，掌握高(gao)鐵裝備制造核心技(ji)術(shu)做出貢獻。
責任行動PART 02
（一）立項情況
2018年沈機(ji)集團(tuan)“面向軌道交通機(ji)車典型零件加工(gong)的超大(da)型龍門移(yi)動(dong)式五軸(zhou)加工(gong)機(ji)床(chuang)研發”申(shen)(shen)報“沈陽市重大(da)科技研發項目(mu)”，本項目(mu)資金(jin)總預算(suan)1700萬元，其(qi)中申(shen)(shen)請政府資金(jin)支持100萬元，企業自(zi)籌資金(jin)1600萬元。
（二）項目團隊
“面向軌道交通(tong)機(ji)車(che)典型(xing)(xing)零件加(jia)(jia)工(gong)的超(chao)大型(xing)(xing)龍(long)門(men)移動(dong)式五(wu)(wu)軸加(jia)(jia)工(gong)機(ji)床研發(fa)”項目(mu)由(you)沈(shen)機(ji)集團所屬企業中捷機(ji)床有(you)限公司教授級高級工(gong)程師嚴昊(hao)明(ming)帶領，嚴昊(hao)明(ming)是中共(gong)黨員，曾獲全國五(wu)(wu)一(yi)勞(lao)動(dong)獎章、遼寧省勞(lao)動(dong)模范(fan)，曾擔任(ren)國家(jia)"高檔數控機(ji)床與基礎制造裝(zhuang)備"科技重(zhong)大專項課(ke)題(ti)組(zu)組(zu)長，他主管課(ke)題(ti)"帶AB軸的高速五(wu)(wu)軸聯動(dong)加(jia)(jia)工(gong)中心"已成(cheng)功通(tong)過(guo)國家(jia)驗(yan)收。團隊成(cheng)員由(you)高級工(gong)程師37人，工(gong)程師152人組(zu)成(cheng)，包括技術(shu)、工(gong)藝質量、生產(chan)加(jia)(jia)工(gong)、設備保障及(ji)組(zu)織協(xie)調等(deng)多(duo)(duo)個(ge)小組(zu)，遍及(ji)設計、工(gong)藝、電氣(qi)、生產(chan)、質量、運營等(deng)多(duo)(duo)個(ge)部(bu)門(men)。
（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(ji)術(shu)(shu)(shu)攻(gong)關，成功(gong)研制了“GMC45620u超大型龍(long)門移動式(shi)五軸聯(lian)動加工機床”攻(gong)克了一批技(ji)術(shu)(shu)(shu)難點及核心(xin)技(ji)術(shu)(shu)(shu)。
1.高鐵行業高端大型機床整機輕量化關鍵技術
高(gao)(gao)鐵(tie)(tie)行(xing)(xing)(xing)業典(dian)型零件(jian)(jian)要(yao)求加(jia)(jia)工(gong)機(ji)床X向(xiang)超長行(xing)(xing)(xing)程(cheng)（行(xing)(xing)(xing)程(cheng)大于60米(mi)）、Y向(xiang)大框架（行(xing)(xing)(xing)程(cheng)大于4.5米(mi)）龍門(men)機(ji)床，并且龍門(men)框架整體移(yi)動進行(xing)(xing)(xing)加(jia)(jia)工(gong)。為了滿足(zu)典(dian)型零件(jian)(jian)的加(jia)(jia)工(gong)精度(du)和(he)加(jia)(jia)工(gong)效率(lv)，要(yao)求移(yi)動的龍門(men)框架具有(you)高(gao)(gao)動態響應(ying)和(he)高(gao)(gao)速移(yi)動速度(du)。如果沿用傳(chuan)統(tong)鑄鐵(tie)(tie)件(jian)(jian)龍門(men)框架設計(ji)，龍門(men)重量(liang)將超過(guo)65噸，無法保證高(gao)(gao)鐵(tie)(tie)行(xing)(xing)(xing)業典(dian)型零件(jian)(jian)的加(jia)(jia)工(gong)效率(lv)和(he)精度(du)。
為(wei)此，項目團隊制定了“整機(ji)鋼結(jie)(jie)(jie)構焊(han)接(jie)件”方(fang)案(an)，從兩個(ge)方(fang)面進(jin)(jin)行(xing)整機(ji)輕(qing)量化的(de)(de)研(yan)究(jiu)，一是(shi)材料方(fang)面采用(yong)鋼結(jie)(jie)(jie)構焊(han)接(jie)件；二是(shi)整機(ji)新型(xing)結(jie)(jie)(jie)構的(de)(de)研(yan)發。結(jie)(jie)(jie)果驗證了這(zhe)一方(fang)案(an)是(shi)成功的(de)(de)，在保證強度和(he)精度的(de)(de)前提下(xia)將總重(zhong)量降(jiang)為(wei)30噸，龍門(men)框架整機(ji)總重(zhong)量降(jiang)低(di)一半還多。該關鍵技術的(de)(de)研(yan)發也為(wei)所有(you)大型(xing)機(ji)床的(de)(de)輕(qing)量化設計(ji)積累寶貴的(de)(de)經驗，對現有(you)產品進(jin)(jin)行(xing)共性技術推廣應用(yong)具有(you)重(zhong)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(shi)五(wu)軸加工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)” 床(chuang)(chuang)身本體長(chang)度(du)達70米，X向雙工(gong)位(wei)總行(xing)程(cheng)(cheng)62米，在(zai)(zai)國內機(ji)床(chuang)(chuang)行(xing)業是首次(ci)超長(chang)行(xing)程(cheng)(cheng)應用(yong)。制(zhi)造難(nan)點在(zai)(zai)于(yu)床(chuang)(chuang)身是分段(duan)對接形式(shi)，如果各組(zu)床(chuang)(chuang)身結合(he)面精(jing)度(du)一致性無法(fa)保證(zheng)，全行(xing)程(cheng)(cheng)精(jing)度(du)將徹底超差，機(ji)床(chuang)(chuang)整(zheng)體精(jing)度(du)將無法(fa)滿足使用(yong)要求。受加工(gong)、檢測及(ji)裝(zhuang)配工(gong)藝限制(zhi)，這項難(nan)題在(zai)(zai)國內機(ji)床(chuang)(chuang)領域尚無解決(jue)辦法(fa)，項目(mu)團隊多次(ci)采用(yong)“頭腦風(feng)暴”法(fa)，經過多次(ci)試(shi)驗改進，終于(yu)攻(gong)克了超長(chang)行(xing)程(cheng)(cheng)床(chuang)(chuang)身分段(duan)對接關鍵技術(shu)，完美解決(jue)各組(zu)床(chuang)(chuang)身精(jing)度(du)一致性和(he)超長(chang)行(xing)程(cheng)(cheng)整(zheng)體直線度(du)問題。代表(biao)著中國機(ji)床(chuang)(chuang)行(xing)業超大型機(ji)床(chuang)(chuang)領域又實現(xian)一項突(tu)破。
3.大型數控機床的龍門快移技術
大型龍(long)門(men)移(yi)動式數(shu)控機床的X軸(zhou)驅動部件為龍(long)門(men)框架，總質量幾十噸(dun)，快(kuai)移(yi)產生的動能極大。同時，移(yi)動速度快(kuai)提(ti)高了定(ding)位精度難度。快(kuai)速移(yi)動速度是考(kao)核機床性能的重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)指(zhi)標，也嚴(yan)重(zhong)(zhong)(zhong)影響著機床的加工效率和零件質量。通常，20m/min以(yi)上快(kuai)移(yi)速度對于重(zhong)(zhong)(zhong)型機床來說屬于“超高速”范疇。
項目(mu)團隊在龍(long)門快移技術方面具有較為豐富的經(jing)驗(yan)和技術積(ji)累(lei)，在設(she)計過程中借(jie)助伺服驅(qu)動(dong)(dong)的動(dong)(dong)態(tai)性(xing)(xing)能綜(zong)合分析(xi)技術，考(kao)量不同(tong)驅(qu)動(dong)(dong)方案(an)性(xing)(xing)能；借(jie)助有限元分析(xi)技術，對主要結構件進(jin)行動(dong)(dong)力學及(ji)模態(tai)分析(xi)。得益(yi)于前一項輕量化攻(gong)關(guan)成(cheng)果，最終“GMC45620u超(chao)大型龍(long)門移動(dong)(dong)式五軸(zhou)加工(gong)機床”快移速度達到40m/min，達到世界先進(jin)水平。
4.大型五軸聯動數控機床高精度技術
自2009年開(kai)始，沈機集團高檔(dang)數(shu)控機床都采用“S試(shi)件”加工檢測方(fang)法研(yan)制(zhi)高精度機床。在“GMC45620u超大(da)型(xing)龍(long)門移動式五軸(zhou)加工機床”項目研(yan)制(zhi)中(zhong)，當然(ran)還用這個方(fang)法。在幾何(he)精度、定位精度、綜(zong)合加工效率、綜(zong)合表面加工質量等方(fang)面“GMC45620u超大(da)型(xing)龍(long)門移動式五軸(zhou)加工機床”表現優秀(xiu)，完全高于S試(shi)件檢驗(yan)標準要求。
5.大型龍門移動式機床橫梁變形控制技術
大(da)型(xing)龍(long)(long)門(men)移動式(shi)機(ji)(ji)床的橫梁起到(dao)主(zhu)要(yao)的連結和承載作用，其剛性(xing)和穩定(ding)性(xing)決定(ding)了機(ji)(ji)床整(zheng)體精(jing)度(du)和精(jing)度(du)穩定(ding)性(xing)。將橫梁自(zi)身因應力(li)(li)變(bian)形(xing)(xing)導(dao)致的精(jing)度(du)變(bian)化降(jiang)到(dao)最低，可提高大(da)型(xing)龍(long)(long)門(men)機(ji)(ji)床的精(jing)度(du)。由于大(da)型(xing)龍(long)(long)門(men)機(ji)(ji)床的橫梁長(chang)度(du)較長(chang)（超過6米(mi)），因此(ci)焊(han)接(jie)(jie)結構件都是分段焊(han)接(jie)(jie)形(xing)(xing)式(shi)，存在較大(da)的焊(han)接(jie)(jie)應力(li)(li)，自(zi)身變(bian)形(xing)(xing)穩定(ding)性(xing)較差。為了改善這一(yi)狀況，項目團隊決定(ding)將橫梁焊(han)接(jie)(jie)結構件長(chang)度(du)方向主(zhu)要(yao)支(zhi)撐(cheng)部分采用板材整(zheng)體折彎成型(xing)，減少應力(li)(li)變(bian)形(xing)(xing)。6米(mi)多長(chang)橫梁，自(zi)重(zhong)變(bian)形(xing)(xing)比一(yi)根(gen)頭(tou)發絲(si)還少，而且穩定(ding)性(xing)非(fei)常(chang)好。
6.工件毛坯誤差補償加工技術
針(zhen)對(dui)用(yong)(yong)戶工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)均為數十米長(chang)的(de)(de)骨架式鋁合金型材，具有(you)輕(qing)質、薄(bo)壁(bi)(bi)、易變(bian)型等(deng)特性(xing)。在加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)過程(cheng)中，受裝夾力、焊接應(ying)力、材料強度等(deng)多重因素(su)影響，極易產(chan)生(sheng)各種復雜變(bian)形(xing)。并(bing)且，由于鋁型材厚度薄(bo)，變(bian)形(xing)量(liang)(liang)過大甚至可能(neng)發生(sheng)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)面“銑漏”，致(zhi)(zhi)使(shi)零(ling)(ling)(ling)(ling)件(jian)報廢。為了解(jie)決這一難題(ti)，項目團隊研發出“工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)毛坯(pi)誤差補償(chang)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技術”，這一技術的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)在國內(nei)機(ji)床(chuang)(chuang)領(ling)域(yu)屬(shu)于“開創先河”。工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)在機(ji)床(chuang)(chuang)上裝夾完成后，使(shi)用(yong)(yong)測量(liang)(liang)裝置(zhi)對(dui)待加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)零(ling)(ling)(ling)(ling)件(jian)表面采點測量(liang)(liang)，應(ying)用(yong)(yong)插值算法勾(gou)勒出待加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)零(ling)(ling)(ling)(ling)件(jian)表面的(de)(de)“全息圖(tu)像”，并(bing)將“圖(tu)像數據(ju)”存入數控系統。加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)過程(cheng)中，加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)序直接調用(yong)(yong)“圖(tu)像數據(ju)”，對(dui)刀尖點位(wei)置(zhi)進行實時補償(chang)，杜(du)絕了由于薄(bo)壁(bi)(bi)等(deng)問題(ti)導致(zhi)(zhi)零(ling)(ling)(ling)(ling)件(jian)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)報廢的(de)(de)隱(yin)患。
項目(mu)團隊只用了(le)一(yi)年多時(shi)間成功研制“GMC45620u超大型(xing)龍門移動式五(wu)軸加工機(ji)床(chuang)”，其性能指標達到世界最先進(jin)水平(ping)，價格僅為國外設(she)備的三分(fen)之二。
履責成效PART 03
（一）突破一批核心關鍵技術
本(ben)項目(mu)在研制過程(cheng)中，項目(mu)團隊突(tu)破(po)層(ceng)層(ceng)阻礙(ai)，獲(huo)得一(yi)批機(ji)(ji)(ji)床制造核(he)(he)心和關鍵技術(shu)(shu)，可以說是對(dui)特(te)大(da)型(xing)機(ji)(ji)(ji)床研制技術(shu)(shu)的(de)一(yi)次集中突(tu)破(po)，對(dui)發展(zhan)重大(da)型(xing)和特(te)大(da)型(xing)高檔數控機(ji)(ji)(ji)床，提升中國高端(duan)裝備技術(shu)(shu)水平(ping)，掌握高鐵裝備制造核(he)(he)心技術(shu)(shu)做出重要貢獻。
（二）研制成果已經轉化為社會效益
“GMC45620u超(chao)大(da)型龍(long)門移動式五軸加(jia)工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)床”首位用戶遼寧忠旺鋁(lv)合(he)金精深加(jia)工(gong)(gong)(gong)有(you)限公司(si)(si)。該公司(si)(si)主(zhu)要(yao)生產(chan)高(gao)鐵車(che)(che)體(ti)(ti)(ti)鋁(lv)型材大(da)部件、機(ji)(ji)加(jia)工(gong)(gong)(gong)車(che)(che)體(ti)(ti)(ti)上(shang)、下(xia)邊梁(liang)(liang)、車(che)(che)體(ti)(ti)(ti)型材折彎(wan)等十幾種深加(jia)工(gong)(gong)(gong)產(chan)品。“GMC45620u超(chao)大(da)型龍(long)門移動式五軸加(jia)工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)床”主(zhu)要(yao)為(wei)用戶加(jia)工(gong)(gong)(gong)高(gao)鐵車(che)(che)體(ti)(ti)(ti)的側(ce)墻(qiang)、邊梁(liang)(liang)、底(di)架、牽枕緩等大(da)型鋁(lv)合(he)金結(jie)構(gou)件。“GMC45620u超(chao)大(da)型龍(long)門移動式五軸加(jia)工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)床”為(wei)國(guo)產(chan)機(ji)(ji)床占領機(ji)(ji)床市場(chang)份(fen)額，尤其是(shi)特大(da)型高(gao)檔數控機(ji)(ji)床市場(chang)份(fen)額，做出重(zhong)要(yao)貢獻。
（三）打破國外壟斷
本項目(mu)是面向(xiang)軌(gui)道(dao)交通（高鐵(tie)）行(xing)業研(yan)(yan)發的(de)國內首臺超大(da)型龍門移動式五(wu)軸加工機床，用于(yu)高鐵(tie)大(da)型結構件(jian)（如側墻、底(di)架(jia)、邊梁等）的(de)五(wu)軸聯動加工。這一重(zhong)大(da)型專(zhuan)機設(she)備的(de)成功研(yan)(yan)制，一舉打破(po)國外(wai)機床在(zai)該應用領域的(de)壟(long)斷地位，填補國內空白(bai)。
展望PART 04
按(an)照國(guo)(guo)內市(shi)場(chang)對此類(lei)設備需(xu)求量100臺(tai)，該產品搶占30%市(shi)場(chang)份額計算(suan)，將為企業創造近7億(yi)元銷售收入。同時為設備購(gou)置(zhi)廠商節省約(yue)3億(yi)元購(gou)置(zhi)成本。為打破(po)國(guo)(guo)外機(ji)床在該應用領域的壟(long)斷地(di)位、國(guo)(guo)產機(ji)床占領高端市(shi)場(chang)份額、提升高端裝備技術水平、掌握(wo)高鐵裝備制(zhi)造核(he)心(xin)技術做(zuo)出貢(gong)獻。
又一批(pi)核(he)心和(he)關(guan)鍵技(ji)術突破，將(jiang)帶動中(zhong)國(guo)機床行業在(zai)“專(zhuan)精特新(xin)”的(de)發展道路上整體進步，將(jiang)推動研(yan)制出(chu)更多世(shi)界(jie)一流水平高(gao)檔數控機床，徹(che)底解決我國(guo)高(gao)檔數控機床“卡脖子”的(de)問題，把技(ji)術牢(lao)(lao)牢(lao)(lao)掌握(wo)在(zai)自己手中(zhong)。
【責(ze)任(ren)編輯：李沐霖】
