文章來源：中國通用(yong)技術（集團）控股(gu)有限責任(ren)公司 發布時(shi)間：2022-01-12
摘要：沈(shen)機集團通過(guo)自(zi)主創新(xin)，瞄準市場(chang)需求(qiu)，打(da)破國外壟斷，研制替代進(jin)口超長行程高檔(dang)(dang)數(shu)控機床，解決“卡脖(bo)子”問題。攻克了一(yi)批核(he)心和關鍵技(ji)術(shu)，有些技(ji)術(shu)甚至是(shi)首次(ci)應用，在“專(zhuan)精(jing)特新(xin)”道路上邁出可(ke)喜(xi)一(yi)步，提(ti)升了中(zhong)國大型高檔(dang)(dang)數(shu)控機床研制水(shui)平(ping)。
關鍵詞：突破技術 打破壟斷
背景PART 01
沈陽(yang)機(ji)床（集(ji)團(tuan)）有限(xian)責任公司（SYMG，以下簡稱沈機(ji)集(ji)團(tuan)）是中(zhong)國通用技(ji)術（集(ji)團(tuan)）控股有限(xian)責任公司旗(qi)下企業(ye)(ye)(ye)(ye)，是中(zhong)國機(ji)床行(xing)(xing)業(ye)(ye)(ye)(ye)領軍(jun)企業(ye)(ye)(ye)(ye)，是中(zhong)國機(ji)床行(xing)(xing)業(ye)(ye)(ye)(ye)多項第一創造者(zhe)。沈機(ji)集(ji)團(tuan)秉承裝(zhuang)備(bei)中(zhong)國工(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)使命，堅持自主創新(xin)突破核心技(ji)術，跟蹤國家需求攻關，不斷(duan)打破國外封鎖和壟斷(duan)，廣泛提升了中(zhong)國工(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)企業(ye)(ye)(ye)(ye)裝(zhuang)備(bei)水平，為國家航空航天、軍(jun)工(gong)、船舶、汽車、軌道交通等重點(dian)行(xing)(xing)業(ye)(ye)(ye)(ye)和領域提供重要裝(zhuang)備(bei)支(zhi)撐。
隨著“一(yi)(yi)帶一(yi)(yi)路”倡議的不斷拓(tuo)展(zhan)，中國(guo)軌道(dao)交(jiao)通技術(shu)得到了(le)蓬勃發(fa)展(zhan)，高鐵(tie)裝備制造業迎(ying)來了(le)發(fa)展(zhan)的黃金期。高鐵(tie)是我(wo)國(guo)高端制造業的典(dian)型代表之一(yi)(yi)，高鐵(tie)建(jian)設(she)對于我(wo)國(guo)經濟發(fa)展(zhan)具有舉足輕重(zhong)的地位，其(qi)發(fa)展(zhan)水(shui)平也代表了(le)一(yi)(yi)個國(guo)家的頂(ding)尖技術(shu)實(shi)力(li)。
鋁(lv)合金由于(yu)(yu)具有密度低、強度高，塑性好等(deng)特(te)點，目前廣泛(fan)應用于(yu)(yu)高鐵車體(ti)側墻、邊梁、底架(jia)、牽枕(zhen)緩等(deng)大(da)型(xing)結構件(jian)中。目前國內高鐵配套廠家對大(da)型(xing)鋁(lv)制結構件(jian)（機床(chuang)(chuang)最大(da)行(xing)程達60米）加(jia)(jia)工(gong)設備的(de)需(xu)(xu)求(qiu)量大(da)，市場完全被國外機床(chuang)(chuang)廠商壟斷(duan)。為打破這一(yi)困境，沈(shen)機集團針對國內某龍頭企業(ye)典(dian)型(xing)零(ling)件(jian)加(jia)(jia)工(gong)需(xu)(xu)求(qiu)，研制超大(da)型(xing)龍門移(yi)動式五(wu)(wu)軸加(jia)(jia)工(gong)機床(chuang)(chuang)。用于(yu)(yu)高鐵行(xing)業(ye)車廂(xiang)典(dian)型(xing)件(jian)（如側墻、底架(jia)、邊梁等(deng)）的(de)五(wu)(wu)軸聯動加(jia)(jia)工(gong)。
這一重大(da)型專機(ji)(ji)設備的成功研(yan)制將徹(che)底打破國(guo)外機(ji)(ji)床(chuang)在該(gai)應用領(ling)域(yu)的壟斷(duan)地(di)位。為國(guo)產機(ji)(ji)床(chuang)占領(ling)高端(duan)市場份額，提升高端(duan)裝(zhuang)備技(ji)術水平，掌握(wo)高鐵裝(zhuang)備制造核心技(ji)術做出貢獻。
責任行動PART 02
（一）立項情況
2018年沈機(ji)集(ji)團“面(mian)向軌道交通(tong)機(ji)車典型(xing)零件加工(gong)的超大型(xing)龍門(men)移動式五軸加工(gong)機(ji)床研(yan)發(fa)(fa)”申(shen)報“沈陽市重大科技研(yan)發(fa)(fa)項目(mu)”，本項目(mu)資金總預(yu)算1700萬元(yuan)，其中申(shen)請(qing)政(zheng)府資金支持100萬元(yuan)，企業自籌(chou)資金1600萬元(yuan)。
（二）項目團隊
“面(mian)向(xiang)軌(gui)道交通機(ji)車典型零件加工(gong)(gong)的超(chao)大(da)型龍門移(yi)動(dong)式五(wu)(wu)(wu)軸加工(gong)(gong)機(ji)床(chuang)研發”項(xiang)目(mu)由沈(shen)機(ji)集團所屬企業中(zhong)捷機(ji)床(chuang)有限(xian)公司教(jiao)授級高級工(gong)(gong)程(cheng)師(shi)嚴(yan)昊明帶領，嚴(yan)昊明是中(zhong)共黨員，曾獲全國五(wu)(wu)(wu)一勞動(dong)獎(jiang)章(zhang)、遼寧省勞動(dong)模范，曾擔任國家"高檔數(shu)控機(ji)床(chuang)與(yu)基礎制造裝備"科(ke)技重大(da)專項(xiang)課題組組長，他(ta)主管課題"帶AB軸的高速五(wu)(wu)(wu)軸聯動(dong)加工(gong)(gong)中(zhong)心"已成功通過國家驗收。團隊成員由高級工(gong)(gong)程(cheng)師(shi)37人(ren)，工(gong)(gong)程(cheng)師(shi)152人(ren)組成，包括技術(shu)、工(gong)(gong)藝(yi)質(zhi)量、生產加工(gong)(gong)、設備保障(zhang)及(ji)組織(zhi)協調等多個小組，遍及(ji)設計(ji)、工(gong)(gong)藝(yi)、電氣(qi)、生產、質(zhi)量、運營(ying)等多個部(bu)門。
（三）攻克一批關鍵技術
項目團隊(dui)圍繞工作(zuo)重點、難點問題開展技術攻關，成(cheng)功(gong)研制了“GMC45620u超(chao)大型龍門移(yi)動式五軸聯動加工機床”攻克了一批技術難點及核心技術。
1.高鐵行業高端大型機床整機輕量化關鍵技術
高鐵(tie)行業典(dian)型(xing)零件(jian)要求加工(gong)(gong)機(ji)床X向超長行程（行程大于60米）、Y向大框(kuang)架（行程大于4.5米）龍(long)門(men)(men)機(ji)床，并(bing)且龍(long)門(men)(men)框(kuang)架整體移(yi)動進行加工(gong)(gong)。為(wei)了滿足(zu)典(dian)型(xing)零件(jian)的加工(gong)(gong)精(jing)度和加工(gong)(gong)效率，要求移(yi)動的龍(long)門(men)(men)框(kuang)架具有(you)高動態響應和高速移(yi)動速度。如果(guo)沿用傳統(tong)鑄鐵(tie)件(jian)龍(long)門(men)(men)框(kuang)架設計，龍(long)門(men)(men)重量將超過65噸(dun)，無(wu)法保(bao)證高鐵(tie)行業典(dian)型(xing)零件(jian)的加工(gong)(gong)效率和精(jing)度。
為此，項目(mu)團隊制定了(le)“整(zheng)機(ji)(ji)鋼結構(gou)焊(han)接件”方(fang)(fang)案，從兩個方(fang)(fang)面(mian)進行(xing)整(zheng)機(ji)(ji)輕(qing)量(liang)化的(de)(de)研究(jiu)，一是(shi)(shi)材料(liao)方(fang)(fang)面(mian)采用鋼結構(gou)焊(han)接件；二(er)是(shi)(shi)整(zheng)機(ji)(ji)新型(xing)結構(gou)的(de)(de)研發。結果驗(yan)證了(le)這(zhe)一方(fang)(fang)案是(shi)(shi)成(cheng)功的(de)(de)，在保(bao)證強度(du)和精(jing)度(du)的(de)(de)前提下將總(zong)重量(liang)降為30噸，龍門框架整(zheng)機(ji)(ji)總(zong)重量(liang)降低(di)一半(ban)還多。該關鍵技(ji)術(shu)的(de)(de)研發也為所有(you)大(da)型(xing)機(ji)(ji)床的(de)(de)輕(qing)量(liang)化設計積累寶(bao)貴的(de)(de)經驗(yan)，對(dui)現(xian)有(you)產品進行(xing)共性技(ji)術(shu)推廣應用具有(you)重要意義(yi)。
2.超長行程床身精度一致性關鍵技術
“GMC45620u超(chao)大型龍門移動(dong)式(shi)五(wu)軸加工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)” 床(chuang)(chuang)(chuang)身本體長(chang)度(du)(du)達(da)70米，X向(xiang)雙工(gong)位總行(xing)(xing)(xing)(xing)程(cheng)62米，在國內機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)行(xing)(xing)(xing)(xing)業(ye)是(shi)(shi)首次超(chao)長(chang)行(xing)(xing)(xing)(xing)程(cheng)應用。制(zhi)造難點在于(yu)床(chuang)(chuang)(chuang)身是(shi)(shi)分段對(dui)(dui)接(jie)形(xing)式(shi)，如果各組床(chuang)(chuang)(chuang)身結合面精度(du)(du)一致性無法(fa)保證，全行(xing)(xing)(xing)(xing)程(cheng)精度(du)(du)將徹底(di)超(chao)差，機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)整(zheng)體精度(du)(du)將無法(fa)滿足(zu)使用要求。受(shou)加工(gong)、檢測及裝配(pei)工(gong)藝限制(zhi)，這項難題(ti)在國內機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)領域(yu)尚無解(jie)(jie)決(jue)辦法(fa)，項目團隊多(duo)次采用“頭腦風暴(bao)”法(fa)，經過多(duo)次試驗改進，終于(yu)攻克(ke)了超(chao)長(chang)行(xing)(xing)(xing)(xing)程(cheng)床(chuang)(chuang)(chuang)身分段對(dui)(dui)接(jie)關鍵技術，完美(mei)解(jie)(jie)決(jue)各組床(chuang)(chuang)(chuang)身精度(du)(du)一致性和超(chao)長(chang)行(xing)(xing)(xing)(xing)程(cheng)整(zheng)體直(zhi)線度(du)(du)問(wen)題(ti)。代(dai)表著中國機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)行(xing)(xing)(xing)(xing)業(ye)超(chao)大型機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)領域(yu)又實現一項突破。
3.大型數控機床的龍門快移技術
大(da)型龍(long)門移(yi)動(dong)式數控機(ji)(ji)床(chuang)的(de)X軸驅動(dong)部(bu)件(jian)為龍(long)門框架，總質(zhi)量(liang)幾十噸(dun)，快(kuai)(kuai)移(yi)產生(sheng)的(de)動(dong)能(neng)極大(da)。同時，移(yi)動(dong)速(su)度(du)(du)(du)快(kuai)(kuai)提高(gao)了定位精(jing)度(du)(du)(du)難度(du)(du)(du)。快(kuai)(kuai)速(su)移(yi)動(dong)速(su)度(du)(du)(du)是考(kao)核機(ji)(ji)床(chuang)性能(neng)的(de)重要指標，也嚴重影響著機(ji)(ji)床(chuang)的(de)加工(gong)效率和零(ling)件(jian)質(zhi)量(liang)。通常，20m/min以上快(kuai)(kuai)移(yi)速(su)度(du)(du)(du)對于重型機(ji)(ji)床(chuang)來說屬于“超高(gao)速(su)”范疇。
項目團隊(dui)在(zai)龍(long)門(men)(men)快移(yi)技術方(fang)面具有較為豐富的經驗和技術積累，在(zai)設計過程中借(jie)助伺服驅(qu)動(dong)的動(dong)態(tai)性能綜合分析(xi)(xi)技術，考量不(bu)同驅(qu)動(dong)方(fang)案性能；借(jie)助有限元分析(xi)(xi)技術，對(dui)主要結構件進行動(dong)力學(xue)及(ji)模態(tai)分析(xi)(xi)。得益于前一項輕量化攻關成(cheng)果，最終(zhong)“GMC45620u超(chao)大型龍(long)門(men)(men)移(yi)動(dong)式五軸加工(gong)機床(chuang)”快移(yi)速(su)度達到40m/min，達到世(shi)界(jie)先進水(shui)平。
4.大型五軸聯動數控機床高精度技術
自2009年開始，沈機(ji)集(ji)團高檔數控機(ji)床(chuang)都采用“S試件”加(jia)工(gong)檢測方法(fa)研(yan)制高精度(du)(du)機(ji)床(chuang)。在(zai)“GMC45620u超(chao)大(da)型(xing)龍門移動式(shi)五軸(zhou)加(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)”項(xiang)目研(yan)制中，當然還用這個方法(fa)。在(zai)幾何精度(du)(du)、定位精度(du)(du)、綜合加(jia)工(gong)效率、綜合表(biao)面(mian)加(jia)工(gong)質量等方面(mian)“GMC45620u超(chao)大(da)型(xing)龍門移動式(shi)五軸(zhou)加(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)”表(biao)現優(you)秀(xiu)，完全(quan)高于(yu)S試件檢驗標準(zhun)要求。
5.大型龍門移動式機床橫梁變形控制技術
大型(xing)龍門移動式機床(chuang)(chuang)的橫(heng)梁起到(dao)主要(yao)的連結和(he)承載作(zuo)用，其剛性(xing)和(he)穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)決(jue)定(ding)(ding)了(le)(le)機床(chuang)(chuang)整(zheng)體精度(du)(du)和(he)精度(du)(du)穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)。將橫(heng)梁自身因應(ying)力(li)變形(xing)導致(zhi)的精度(du)(du)變化降到(dao)最低，可提高大型(xing)龍門機床(chuang)(chuang)的精度(du)(du)。由(you)于大型(xing)龍門機床(chuang)(chuang)的橫(heng)梁長(chang)度(du)(du)較(jiao)長(chang)（超過6米），因此焊接結構(gou)件都是分(fen)段焊接形(xing)式，存在較(jiao)大的焊接應(ying)力(li)，自身變形(xing)穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)較(jiao)差。為(wei)了(le)(le)改善(shan)這一狀況，項目團隊決(jue)定(ding)(ding)將橫(heng)梁焊接結構(gou)件長(chang)度(du)(du)方向(xiang)主要(yao)支撐部分(fen)采用板材整(zheng)體折(zhe)彎成型(xing)，減少(shao)應(ying)力(li)變形(xing)。6米多長(chang)橫(heng)梁，自重變形(xing)比一根(gen)頭發絲還少(shao)，而且穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)非常(chang)好。
6.工件毛坯誤差補償加工技術
針對用戶工(gong)(gong)件(jian)(jian)均為數十米長的(de)骨架式(shi)鋁(lv)合(he)金型材，具(ju)有(you)輕質、薄壁、易變(bian)型等(deng)特性(xing)。在(zai)加(jia)工(gong)(gong)過(guo)程中(zhong)，受(shou)裝(zhuang)(zhuang)夾力、焊接應(ying)力、材料強度(du)等(deng)多重因素影響，極易產生各種(zhong)復雜(za)變(bian)形。并且，由于(yu)鋁(lv)型材厚度(du)薄，變(bian)形量過(guo)大甚(shen)至可能發生加(jia)工(gong)(gong)面“銑漏”，致使零件(jian)(jian)報廢。為了解決這(zhe)一(yi)難(nan)題(ti)(ti)，項(xiang)目(mu)團隊(dui)研發出“工(gong)(gong)件(jian)(jian)毛坯誤差補償(chang)加(jia)工(gong)(gong)技術”，這(zhe)一(yi)技術的(de)應(ying)用在(zai)國內機床(chuang)領域屬于(yu)“開創先河”。工(gong)(gong)件(jian)(jian)在(zai)機床(chuang)上(shang)裝(zhuang)(zhuang)夾完成后，使用測量裝(zhuang)(zhuang)置對待加(jia)工(gong)(gong)零件(jian)(jian)表(biao)面采點測量，應(ying)用插值算(suan)法勾勒出待加(jia)工(gong)(gong)零件(jian)(jian)表(biao)面的(de)“全息圖像(xiang)”，并將“圖像(xiang)數據”存入數控系統。加(jia)工(gong)(gong)過(guo)程中(zhong)，加(jia)工(gong)(gong)程序直接調用“圖像(xiang)數據”，對刀尖(jian)點位置進行(xing)實時補償(chang)，杜(du)絕了由于(yu)薄壁等(deng)問題(ti)(ti)導致零件(jian)(jian)加(jia)工(gong)(gong)報廢的(de)隱患。
項目團隊只用了一年多時(shi)間成功研制“GMC45620u超(chao)大型龍(long)門移動式五軸加(jia)工機(ji)床”，其性能指標達到世界最(zui)先(xian)進水(shui)平，價(jia)格僅為國外設(she)備的三分(fen)之二(er)。
履責成效PART 03
（一）突破一批核心關鍵技術
本項目(mu)在研(yan)(yan)制(zhi)過程中(zhong)，項目(mu)團隊(dui)突破層(ceng)層(ceng)阻礙(ai)，獲得一批機(ji)(ji)床制(zhi)造(zao)核心和關(guan)鍵技(ji)術(shu)，可(ke)以說(shuo)是對(dui)特大(da)(da)(da)型機(ji)(ji)床研(yan)(yan)制(zhi)技(ji)術(shu)的一次集中(zhong)突破，對(dui)發展重(zhong)大(da)(da)(da)型和特大(da)(da)(da)型高檔數控機(ji)(ji)床，提升中(zhong)國高端裝備(bei)技(ji)術(shu)水(shui)平(ping)，掌握(wo)高鐵裝備(bei)制(zhi)造(zao)核心技(ji)術(shu)做出重(zhong)要貢獻。
（二）研制成果已經轉化為社會效益
“GMC45620u超大(da)型龍(long)門(men)移動式五(wu)軸加工機床(chuang)”首位(wei)用戶遼寧忠旺鋁(lv)合(he)金(jin)精(jing)深加工有限(xian)公(gong)司。該(gai)公(gong)司主(zhu)要生(sheng)產(chan)高鐵(tie)(tie)車(che)(che)體(ti)鋁(lv)型材大(da)部(bu)件(jian)、機加工車(che)(che)體(ti)上、下邊梁、車(che)(che)體(ti)型材折彎等十幾種深加工產(chan)品。“GMC45620u超大(da)型龍(long)門(men)移動式五(wu)軸加工機床(chuang)”主(zhu)要為(wei)用戶加工高鐵(tie)(tie)車(che)(che)體(ti)的側墻、邊梁、底架(jia)、牽枕緩等大(da)型鋁(lv)合(he)金(jin)結構件(jian)。“GMC45620u超大(da)型龍(long)門(men)移動式五(wu)軸加工機床(chuang)”為(wei)國產(chan)機床(chuang)占領機床(chuang)市(shi)場份(fen)額(e)，尤其是特大(da)型高檔數控(kong)機床(chuang)市(shi)場份(fen)額(e)，做出重要貢獻。
（三）打破國外壟斷
本項(xiang)目是面向軌道交通(tong)（高(gao)鐵）行業研發的國內首臺超大(da)(da)型(xing)龍門移(yi)動式五軸(zhou)加工(gong)(gong)機床，用于高(gao)鐵大(da)(da)型(xing)結(jie)構件（如側(ce)墻(qiang)、底(di)架、邊梁等）的五軸(zhou)聯動加工(gong)(gong)。這一重大(da)(da)型(xing)專機設備的成功研制，一舉打(da)破國外機床在該應用領域的壟斷地位，填補(bu)國內空(kong)白。
展望PART 04
按照(zhao)國內市場(chang)對(dui)此類設(she)備需(xu)求量100臺，該產品搶(qiang)占30%市場(chang)份(fen)額計(ji)算(suan)，將為(wei)企業創(chuang)造近(jin)7億元(yuan)銷售(shou)收(shou)入。同(tong)時為(wei)設(she)備購置廠商節(jie)省約3億元(yuan)購置成本(ben)。為(wei)打破國外機床在(zai)該應用(yong)領(ling)(ling)域的壟斷地位、國產機床占領(ling)(ling)高(gao)(gao)端市場(chang)份(fen)額、提升高(gao)(gao)端裝備技(ji)(ji)術(shu)水平、掌握高(gao)(gao)鐵裝備制造核心(xin)技(ji)(ji)術(shu)做出貢獻。
又(you)一批核(he)心和關鍵(jian)技(ji)術突破，將帶(dai)動中國機床(chuang)行業在“專精特新”的發(fa)展道路上整(zheng)體進步，將推動研制出更多世界一流水平高檔數控(kong)(kong)機床(chuang)，徹底解(jie)決我(wo)國高檔數控(kong)(kong)機床(chuang)“卡脖子”的問題，把技(ji)術牢牢掌握在自己手(shou)中。
【責任編輯(ji)：李沐霖】
