文章來源：中國(guo)通(tong)用技(ji)術(shu)（集團(tuan)）控股有限責任(ren)公司 發布時(shi)間：2022-01-12
摘要：沈機集團通過自主創新，瞄準市場需求，打破國(guo)外壟斷，研制(zhi)替代進口超(chao)長行程高檔數控機床，解決“卡脖子”問題(ti)。攻克了一(yi)批核心和關鍵技術，有些(xie)技術甚至是首次應用，在“專精特新”道路上邁出可喜一(yi)步(bu)，提(ti)升了中國(guo)大型高檔數控機床研制(zhi)水平。
關鍵詞：突破技術 打破壟斷
背景PART 01
沈陽機(ji)(ji)(ji)床（集(ji)(ji)團(tuan)(tuan)）有限責任公司(si)（SYMG，以下(xia)簡(jian)稱沈機(ji)(ji)(ji)集(ji)(ji)團(tuan)(tuan)）是(shi)中(zhong)(zhong)國(guo)通(tong)用技術(shu)（集(ji)(ji)團(tuan)(tuan)）控股有限責任公司(si)旗下(xia)企(qi)業，是(shi)中(zhong)(zhong)國(guo)機(ji)(ji)(ji)床行(xing)業領軍(jun)企(qi)業，是(shi)中(zhong)(zhong)國(guo)機(ji)(ji)(ji)床行(xing)業多項(xiang)第(di)一創(chuang)(chuang)造者。沈機(ji)(ji)(ji)集(ji)(ji)團(tuan)(tuan)秉承裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備中(zhong)(zhong)國(guo)工(gong)業使命(ming)，堅持自(zi)主(zhu)創(chuang)(chuang)新突(tu)破核心技術(shu)，跟(gen)蹤國(guo)家(jia)需(xu)求(qiu)攻關，不斷(duan)打(da)破國(guo)外封鎖和壟斷(duan)，廣泛提升了中(zhong)(zhong)國(guo)工(gong)業企(qi)業裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備水平，為國(guo)家(jia)航空(kong)航天、軍(jun)工(gong)、船舶、汽車、軌道交通(tong)等重點(dian)行(xing)業和領域提供(gong)重要裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備支撐。
隨著“一(yi)帶一(yi)路”倡(chang)議(yi)的(de)(de)不斷拓(tuo)展(zhan)，中國(guo)軌道交通技術得到了(le)蓬勃發展(zhan)，高鐵(tie)(tie)裝備制造業(ye)迎來了(le)發展(zhan)的(de)(de)黃(huang)金(jin)期(qi)。高鐵(tie)(tie)是我國(guo)高端制造業(ye)的(de)(de)典型代表之(zhi)一(yi)，高鐵(tie)(tie)建(jian)設對于我國(guo)經濟發展(zhan)具有舉足輕重的(de)(de)地位，其(qi)發展(zhan)水平(ping)也代表了(le)一(yi)個國(guo)家的(de)(de)頂尖(jian)技術實(shi)力。
鋁合金由于具有密度(du)低(di)、強度(du)高(gao)(gao)，塑性好等(deng)特點，目(mu)前廣(guang)泛應用于高(gao)(gao)鐵車(che)體側墻(qiang)、邊(bian)梁、底架(jia)、牽枕緩(huan)等(deng)大型結(jie)構(gou)件(jian)中。目(mu)前國內(nei)(nei)高(gao)(gao)鐵配套廠家對(dui)大型鋁制結(jie)構(gou)件(jian)（機(ji)床(chuang)最大行程(cheng)達(da)60米）加(jia)工(gong)設備(bei)的需(xu)求量大，市(shi)場(chang)完全被國外機(ji)床(chuang)廠商壟斷(duan)。為(wei)打破這一(yi)困(kun)境，沈機(ji)集團針對(dui)國內(nei)(nei)某龍(long)頭企業典(dian)型零件(jian)加(jia)工(gong)需(xu)求，研制超(chao)大型龍(long)門移動(dong)式五(wu)軸加(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)。用于高(gao)(gao)鐵行業車(che)廂典(dian)型件(jian)（如側墻(qiang)、底架(jia)、邊(bian)梁等(deng)）的五(wu)軸聯動(dong)加(jia)工(gong)。
這一(yi)重大(da)型專(zhuan)機(ji)設備(bei)的(de)成功(gong)研制(zhi)(zhi)將徹底打破國外機(ji)床在(zai)該(gai)應用領域的(de)壟斷(duan)地位(wei)。為(wei)國產機(ji)床占(zhan)領高(gao)端市場份額，提(ti)升(sheng)高(gao)端裝備(bei)技術(shu)水平，掌握高(gao)鐵(tie)裝備(bei)制(zhi)(zhi)造核心技術(shu)做出(chu)貢獻(xian)。
責任行動PART 02
（一）立項情況
2018年沈機集團(tuan)“面(mian)向軌(gui)道交通(tong)機車典(dian)型(xing)零件加(jia)工的超大型(xing)龍門移動式(shi)五(wu)軸加(jia)工機床研發”申(shen)報“沈陽市重(zhong)大科(ke)技研發項目”，本項目資金總預算1700萬(wan)元，其中申(shen)請(qing)政府資金支持100萬(wan)元，企(qi)業(ye)自(zi)籌資金1600萬(wan)元。
（二）項目團隊
“面向軌道交(jiao)通(tong)機(ji)(ji)車典型零件加(jia)工(gong)(gong)的超(chao)大型龍門移(yi)動(dong)式五(wu)軸(zhou)加(jia)工(gong)(gong)機(ji)(ji)床研(yan)發”項(xiang)(xiang)目(mu)由(you)沈機(ji)(ji)集團(tuan)所屬企(qi)業中(zhong)捷機(ji)(ji)床有限(xian)公司(si)教授級高(gao)(gao)級工(gong)(gong)程(cheng)師嚴(yan)昊(hao)明帶領，嚴(yan)昊(hao)明是中(zhong)共黨員(yuan)，曾獲全國五(wu)一勞動(dong)獎章(zhang)、遼(liao)寧(ning)省勞動(dong)模范，曾擔任國家"高(gao)(gao)檔(dang)數控機(ji)(ji)床與(yu)基礎制造裝(zhuang)備(bei)"科技重大專項(xiang)(xiang)課題(ti)組(zu)(zu)(zu)組(zu)(zu)(zu)長，他(ta)主管課題(ti)"帶AB軸(zhou)的高(gao)(gao)速五(wu)軸(zhou)聯動(dong)加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心"已成功通(tong)過(guo)國家驗收(shou)。團(tuan)隊成員(yuan)由(you)高(gao)(gao)級工(gong)(gong)程(cheng)師37人，工(gong)(gong)程(cheng)師152人組(zu)(zu)(zu)成，包括技術、工(gong)(gong)藝質量(liang)(liang)、生產(chan)加(jia)工(gong)(gong)、設備(bei)保(bao)障及組(zu)(zu)(zu)織協調等多(duo)個小組(zu)(zu)(zu)，遍及設計、工(gong)(gong)藝、電(dian)氣、生產(chan)、質量(liang)(liang)、運(yun)營(ying)等多(duo)個部門。
（三）攻克一批關鍵技術
項目團隊圍繞工作重點(dian)、難點(dian)問題開展技術(shu)攻關，成(cheng)功研制(zhi)了“GMC45620u超大型龍(long)門移動式五軸聯(lian)動加(jia)工機床”攻克了一批(pi)技術(shu)難點(dian)及核心技術(shu)。
1.高鐵行業高端大型機床整機輕量化關鍵技術
高鐵(tie)(tie)行(xing)業典(dian)型零件要(yao)求加(jia)工(gong)(gong)機床(chuang)X向(xiang)超長行(xing)程（行(xing)程大于60米）、Y向(xiang)大框架(jia)（行(xing)程大于4.5米）龍(long)門(men)(men)機床(chuang)，并且龍(long)門(men)(men)框架(jia)整體(ti)移(yi)動進行(xing)加(jia)工(gong)(gong)。為了滿足典(dian)型零件的加(jia)工(gong)(gong)精度和加(jia)工(gong)(gong)效率，要(yao)求移(yi)動的龍(long)門(men)(men)框架(jia)具有高動態響應和高速移(yi)動速度。如(ru)果沿用傳統鑄(zhu)鐵(tie)(tie)件龍(long)門(men)(men)框架(jia)設計，龍(long)門(men)(men)重量將超過65噸，無法保證高鐵(tie)(tie)行(xing)業典(dian)型零件的加(jia)工(gong)(gong)效率和精度。
為此(ci)，項目團隊制定了(le)“整(zheng)機(ji)鋼結(jie)(jie)(jie)構(gou)焊(han)接件(jian)”方案(an)，從兩個方面進行整(zheng)機(ji)輕量化(hua)的(de)(de)(de)研(yan)究，一是(shi)材料方面采用(yong)鋼結(jie)(jie)(jie)構(gou)焊(han)接件(jian)；二是(shi)整(zheng)機(ji)新型(xing)結(jie)(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)研(yan)發(fa)。結(jie)(jie)(jie)果驗證了(le)這一方案(an)是(shi)成功的(de)(de)(de)，在保證強(qiang)度和精度的(de)(de)(de)前提下將總(zong)重(zhong)量降為30噸，龍(long)門框架整(zheng)機(ji)總(zong)重(zhong)量降低(di)一半(ban)還多。該關鍵技(ji)術的(de)(de)(de)研(yan)發(fa)也為所有(you)大型(xing)機(ji)床的(de)(de)(de)輕量化(hua)設計積累寶貴的(de)(de)(de)經(jing)驗，對現有(you)產品進行共性技(ji)術推廣應用(yong)具有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義。
2.超長行程床身精度一致性關鍵技術
“GMC45620u超(chao)大型龍(long)門移動式(shi)五軸加工機(ji)床(chuang)” 床(chuang)身(shen)(shen)本體(ti)(ti)長度達70米，X向雙(shuang)工位總行(xing)程62米，在國(guo)內(nei)機(ji)床(chuang)行(xing)業是首次(ci)(ci)(ci)超(chao)長行(xing)程應用(yong)。制造難(nan)點在于(yu)床(chuang)身(shen)(shen)是分(fen)段對接形(xing)式(shi)，如果各組(zu)床(chuang)身(shen)(shen)結合面精度一致性無法(fa)保證，全行(xing)程精度將徹底超(chao)差，機(ji)床(chuang)整體(ti)(ti)精度將無法(fa)滿足使用(yong)要(yao)求。受(shou)加工、檢(jian)測及(ji)裝配工藝限制，這項難(nan)題在國(guo)內(nei)機(ji)床(chuang)領域尚無解決(jue)(jue)辦法(fa)，項目團(tuan)隊(dui)多(duo)次(ci)(ci)(ci)采用(yong)“頭腦風暴”法(fa)，經過多(duo)次(ci)(ci)(ci)試(shi)驗改進，終(zhong)于(yu)攻克了超(chao)長行(xing)程床(chuang)身(shen)(shen)分(fen)段對接關鍵技(ji)術，完(wan)美解決(jue)(jue)各組(zu)床(chuang)身(shen)(shen)精度一致性和(he)超(chao)長行(xing)程整體(ti)(ti)直線(xian)度問題。代表著中國(guo)機(ji)床(chuang)行(xing)業超(chao)大型機(ji)床(chuang)領域又實現(xian)一項突(tu)破(po)。
3.大型數控機床的龍門快移技術
大(da)型龍門移(yi)(yi)動(dong)式(shi)數(shu)控(kong)機床的(de)(de)X軸驅動(dong)部件為龍門框架，總(zong)質量(liang)幾(ji)十(shi)噸，快(kuai)移(yi)(yi)產(chan)生的(de)(de)動(dong)能極大(da)。同(tong)時，移(yi)(yi)動(dong)速(su)(su)度(du)快(kuai)提高(gao)了定位精度(du)難(nan)度(du)。快(kuai)速(su)(su)移(yi)(yi)動(dong)速(su)(su)度(du)是(shi)考核(he)機床性能的(de)(de)重(zhong)要指(zhi)標，也(ye)嚴(yan)重(zhong)影響著機床的(de)(de)加工(gong)效(xiao)率和零(ling)件質量(liang)。通(tong)常，20m/min以(yi)上快(kuai)移(yi)(yi)速(su)(su)度(du)對于重(zhong)型機床來說屬于“超高(gao)速(su)(su)”范疇。
項(xiang)目團隊(dui)在龍門快移技術(shu)方(fang)面具有較為豐富(fu)的經驗(yan)和技術(shu)積累，在設計過(guo)程(cheng)中借(jie)助伺服驅動(dong)的動(dong)態(tai)(tai)性能綜合(he)分析技術(shu)，考量不同驅動(dong)方(fang)案性能；借(jie)助有限元分析技術(shu)，對主要結構件進行動(dong)力學及(ji)模態(tai)(tai)分析。得益于前一項(xiang)輕量化(hua)攻關成果，最終“GMC45620u超大型龍門移動(dong)式五軸加工(gong)機床”快移速度(du)達到(dao)40m/min，達到(dao)世(shi)界先進水平。
4.大型五軸聯動數控機床高精度技術
自(zi)2009年開(kai)始，沈(shen)機(ji)(ji)(ji)集(ji)團高(gao)檔數控機(ji)(ji)(ji)床都采用“S試(shi)(shi)件”加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)檢(jian)測方(fang)法研制高(gao)精(jing)度機(ji)(ji)(ji)床。在(zai)“GMC45620u超(chao)大型(xing)龍門移動式五軸加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)(ji)床”項目研制中，當然還用這(zhe)個方(fang)法。在(zai)幾何精(jing)度、定位精(jing)度、綜(zong)合(he)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)效率、綜(zong)合(he)表面(mian)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)質量(liang)等方(fang)面(mian)“GMC45620u超(chao)大型(xing)龍門移動式五軸加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)(ji)床”表現優(you)秀(xiu)，完(wan)全高(gao)于S試(shi)(shi)件檢(jian)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(men)移動(dong)式機(ji)床(chuang)的(de)(de)橫梁(liang)起(qi)到主要的(de)(de)連(lian)結(jie)和承載(zai)作用，其剛性(xing)和穩定(ding)(ding)性(xing)決定(ding)(ding)了機(ji)床(chuang)整體(ti)精(jing)(jing)度和精(jing)(jing)度穩定(ding)(ding)性(xing)。將(jiang)橫梁(liang)自身因應力(li)變(bian)(bian)形(xing)導致的(de)(de)精(jing)(jing)度變(bian)(bian)化(hua)降(jiang)到最(zui)低，可提高(gao)大型龍門(men)機(ji)床(chuang)的(de)(de)精(jing)(jing)度。由(you)于大型龍門(men)機(ji)床(chuang)的(de)(de)橫梁(liang)長度較(jiao)長（超過6米(mi)），因此焊(han)(han)接結(jie)構件(jian)都是(shi)分段焊(han)(han)接形(xing)式，存在較(jiao)大的(de)(de)焊(han)(han)接應力(li)，自身變(bian)(bian)形(xing)穩定(ding)(ding)性(xing)較(jiao)差。為了改善這一狀況，項目團隊決定(ding)(ding)將(jiang)橫梁(liang)焊(han)(han)接結(jie)構件(jian)長度方(fang)向主要支撐部分采用板材整體(ti)折彎成型，減少應力(li)變(bian)(bian)形(xing)。6米(mi)多長橫梁(liang)，自重變(bian)(bian)形(xing)比一根頭發(fa)絲(si)還少，而且穩定(ding)(ding)性(xing)非常(chang)好。
6.工件毛坯誤差補償加工技術
針對(dui)用(yong)(yong)戶工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)均(jun)為數十米長的(de)骨架式鋁(lv)合金型(xing)材，具有輕質、薄(bo)壁、易(yi)變型(xing)等(deng)特性。在(zai)加(jia)(jia)工(gong)(gong)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，受裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)力(li)、焊接應力(li)、材料(liao)強度(du)等(deng)多(duo)重(zhong)因素影響，極易(yi)產生各種(zhong)復雜(za)變形。并且，由于(yu)(yu)鋁(lv)型(xing)材厚度(du)薄(bo)，變形量過(guo)大(da)甚(shen)至可能發生加(jia)(jia)工(gong)(gong)面“銑漏”，致使(shi)(shi)零件(jian)(jian)(jian)報廢(fei)。為了解決這(zhe)一難題(ti)，項目團隊(dui)研發出(chu)“工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)毛坯誤差補償加(jia)(jia)工(gong)(gong)技術”，這(zhe)一技術的(de)應用(yong)(yong)在(zai)國(guo)內機(ji)床(chuang)領域(yu)屬于(yu)(yu)“開創先河”。工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)在(zai)機(ji)床(chuang)上裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)完成后(hou)，使(shi)(shi)用(yong)(yong)測量裝(zhuang)(zhuang)置對(dui)待加(jia)(jia)工(gong)(gong)零件(jian)(jian)(jian)表(biao)面采(cai)點測量，應用(yong)(yong)插(cha)值算法勾勒出(chu)待加(jia)(jia)工(gong)(gong)零件(jian)(jian)(jian)表(biao)面的(de)“全息(xi)圖像(xiang)(xiang)”，并將(jiang)“圖像(xiang)(xiang)數據(ju)”存入數控系(xi)統。加(jia)(jia)工(gong)(gong)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，加(jia)(jia)工(gong)(gong)程(cheng)序(xu)直(zhi)接調用(yong)(yong)“圖像(xiang)(xiang)數據(ju)”，對(dui)刀尖點位置進行實時補償，杜絕(jue)了由于(yu)(yu)薄(bo)壁等(deng)問題(ti)導(dao)致零件(jian)(jian)(jian)加(jia)(jia)工(gong)(gong)報廢(fei)的(de)隱患。
項(xiang)目(mu)團隊只(zhi)用了一年多(duo)時間成功研(yan)制“GMC45620u超(chao)大型龍門移動式五(wu)軸加工機床”，其性(xing)能指標達到(dao)世界最先(xian)進水(shui)平，價格僅為國(guo)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(mu)在研(yan)制過程中，項目(mu)團(tuan)隊(dui)突破層(ceng)層(ceng)阻礙(ai)，獲得一(yi)批機(ji)床制造(zao)核心和(he)關鍵技(ji)(ji)術，可以(yi)說是(shi)對特大型(xing)機(ji)床研(yan)制技(ji)(ji)術的一(yi)次集(ji)中突破，對發(fa)展重大型(xing)和(he)特大型(xing)高(gao)(gao)檔數控機(ji)床，提升中國高(gao)(gao)端裝備技(ji)(ji)術水平，掌握高(gao)(gao)鐵裝備制造(zao)核心技(ji)(ji)術做出重要貢(gong)獻。
（二）研制成果已經轉化為社會效益
“GMC45620u超(chao)(chao)大型(xing)龍(long)門移(yi)動(dong)式(shi)五軸加(jia)(jia)(jia)工(gong)機床(chuang)(chuang)”首位用戶遼寧忠旺鋁合金(jin)精深(shen)(shen)加(jia)(jia)(jia)工(gong)有限公司。該公司主(zhu)要(yao)生產(chan)(chan)高(gao)鐵車(che)體(ti)(ti)鋁型(xing)材(cai)大部件、機加(jia)(jia)(jia)工(gong)車(che)體(ti)(ti)上、下(xia)邊(bian)梁、車(che)體(ti)(ti)型(xing)材(cai)折彎等十(shi)幾種深(shen)(shen)加(jia)(jia)(jia)工(gong)產(chan)(chan)品。“GMC45620u超(chao)(chao)大型(xing)龍(long)門移(yi)動(dong)式(shi)五軸加(jia)(jia)(jia)工(gong)機床(chuang)(chuang)”主(zhu)要(yao)為(wei)用戶加(jia)(jia)(jia)工(gong)高(gao)鐵車(che)體(ti)(ti)的側墻、邊(bian)梁、底架(jia)、牽枕緩等大型(xing)鋁合金(jin)結構(gou)件。“GMC45620u超(chao)(chao)大型(xing)龍(long)門移(yi)動(dong)式(shi)五軸加(jia)(jia)(jia)工(gong)機床(chuang)(chuang)”為(wei)國產(chan)(chan)機床(chuang)(chuang)占領機床(chuang)(chuang)市(shi)(shi)場份額(e)，尤其是特大型(xing)高(gao)檔數控機床(chuang)(chuang)市(shi)(shi)場份額(e)，做(zuo)出重要(yao)貢獻。
（三）打破國外壟斷
本項目是面(mian)向軌道交通（高(gao)鐵）行業研(yan)(yan)發的國(guo)內首臺超(chao)大型(xing)龍門移動式五軸(zhou)加工機床，用(yong)于高(gao)鐵大型(xing)結構件（如(ru)側墻、底架(jia)、邊梁(liang)等）的五軸(zhou)聯動加工。這一(yi)重大型(xing)專(zhuan)機設備的成功(gong)研(yan)(yan)制，一(yi)舉打破國(guo)外機床在(zai)該應(ying)用(yong)領域(yu)的壟斷地(di)位，填補國(guo)內空(kong)白。
展望PART 04
按照國內市(shi)場對此(ci)類(lei)設備需求(qiu)量100臺，該產品搶占30%市(shi)場份額(e)計(ji)算，將為企業創造(zao)近7億(yi)元銷售(shou)收(shou)入。同時為設備購置(zhi)廠商節省約3億(yi)元購置(zhi)成本。為打破國外機床在該應用領域(yu)的壟斷地位、國產機床占領高端市(shi)場份額(e)、提升高端裝備技(ji)(ji)術(shu)水平(ping)、掌握(wo)高鐵裝備制造(zao)核(he)心技(ji)(ji)術(shu)做出(chu)貢獻。
又一(yi)批核心和關鍵技(ji)術突破，將帶動(dong)中國機(ji)床行業在“專精特新”的發(fa)展道路(lu)上(shang)整(zheng)體進步(bu)，將推動(dong)研制出更多世界一(yi)流水平高(gao)檔(dang)數控(kong)機(ji)床，徹底解決(jue)我國高(gao)檔(dang)數控(kong)機(ji)床“卡脖(bo)子”的問題(ti)，把技(ji)術牢牢掌握在自己手中。
【責任(ren)編輯：李沐霖(lin)】
