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把中国极限制造带入世界一流的国之重器
2017-12-27 0:35:00           作者: 综合

   【文/ 科工力量专栏作者 高航】

   2017年9月26日,工信部组织专家组在天津赛瑞机械有限公司(以下简称“赛瑞”)对中国兵器工业集团武汉重型机床集团有限公司(以下简称“武重集团”)牵头承担的国家重大科技专项——CKX53280超重型数控单柱移动立式铣车床进行了验收。

   这标志着在经过近五年的实际生产考核之后,该设备的研制取得圆满成功;同时这也标志着我国的极限制造设备迈入了世界一流行列。

   所谓极限制造是指超大型和超重型装备的制造,包括超临界及超超临界发电机组转子,百万千瓦级压水堆核电站的核反应堆压力容器、堆芯吊篮、蒸汽发生器,大型及超大型水轮机转轮体,超大吨位全旋转起重船的旋转支承,以及大型及超大型的矿山设备和船舶零件等。

   作为服务于重点领域战略产品的生产技术,极限制造需要超大型和超重型的特种设备来支撑,而研发这些特种设备的能力则是集中体现一个国家科技和工业能力的关键领域之一。

   我国的极限制造设备从上世纪60年代初的万吨水压机项目起步,在短短50多年的时间里从无到有,从弱到强,直到今天跻身世界一流行列,其发展过程可谓殊为不易。

   具体到武重集团,该企业从引进德国希斯庄明(Schiess Brighton)和意大利SAFOP公司的重型加工设备及其技术开始,先后突破了滚动轴承主轴箱、双齿轮齿条无间隙驱动、大型一腔一泵闭式恒流静压导轨和双螺母无间隙特种滚珠丝杠副驱动等核心技术,并带动了一大批基础零部件,如大型特种滚珠丝杠和大型特种轴承的跨越式发展。

   以大型特种滚珠丝杠为例,该零部件需要用沉淀硬化特种不锈钢材料(一般为1Cr15Co14Mo5VN)制造,必须经过严格的高温固化和低温深冷处理才能满足力学要求,因此这一零部件的研制极大提升了我国特种钢材的冶炼和加工水平。

   然而正是在此过程中,受到国际和国内宏观经济形势的影响,机械制造行业严重不景气,武重集团陷入了巨大的困境中,甚至一度濒临破产。幸亏中国兵器工业集团出手相救,才挽救了这个极限制造设备研发生产的主力企业。

   之后,起死回生的武重集团在国家重大科技专项的支持下研发了一批具有世界先进水平甚至世界领先水平的国之重器,有力的支持了我国高端制造业的跨越式发展,CKX53280超重型数控单柱移动立式铣车床的研制成功就是其中的典型。

   CKX53280超重型数控单柱移动立式铣车床是迄今为止全世界加工规格最大的立式铣车床。该设备可以加工最大直径为28m,最大高度为13m,最大重量为800t的超大型和超重型工件;其工作台主轴功率达225kW,扭矩高达1000kNm;工作台车削转速范围0.08-8r/min,工作台铣削转速范围为0.0002-0.2r/min,均为无极调速;工作台径向跳动不大于0.015mm,工作台任意分度误差不大于±2”。

   无论是从加工尺寸还是加工精度来讲,CKX53280都是全球同类设备中的佼佼者。CKX53280还具备车、铣、镗、钻、磨复合加工功能,能够实现工件在一次装夹的情况下完成大部分甚至所有加工工序,加工适应能力很强。

   为了满足如此苛刻的加工性能要求,CKX53280采用了特殊的设计方案。其主要基础件采用了热对称结构,提高了热稳定性;工作台径向采用高精端双列圆柱滚子轴承定心,轴向采用大型滚珠止推轴承承载;刀架滑枕为大型特种滚珠丝杠副传动,而导轨则采用了一腔一泵闭式恒流静压导轨。

   特别是为了满足工作台对大负载高精度加工的需求,CKX53280专门采用了双主轴电机无间隙传动技术。其原理为:工作台径向两端的两台完全相同的主轴电机分别带动两台完全相同的主变速箱,四个主变速箱的输出齿轮(直径较小)再带动主轴齿轮(直径较大)转动,其基本构型如下图所示,图中只画了一半,另一半传动机构在图中最大的齿轮的另一面,构型与之对称。

   从图中可以看出,两边各一对共四个小齿轮共同夹住了主轴的大齿轮,由于伺服系统的作用,大齿轮在启动和换向的过程中始终受到伺服系统中的间隙补偿算法根据主轴扭矩负载情况设置的偏置力矩的作用,无法在小齿轮的间隙中摆动,从而极大的提高了工作台的任意分度精度。

   CKX53280自2012年11月2日交付赛瑞投产以来,运行稳定可靠,极大的提高了赛瑞的加工效率和产品质量,并为赛瑞的海外业务扩展提供了有力的支持,创造了巨大的经济效益。

   该设备同时还解决了我国核电和水电领域发电容量突破千万千瓦的难题,打破了发达国家的垄断和技术封锁,为我国重点领域战略装备的发展做出了重大贡献。

   值得注意的是,与CKX53280同时交付赛瑞的其他三件国之重器也同样不可小觑:DL250超重型卧式数控铣床的最大承载重量达500t,其核心零部件之一——1000mm直径高精度静压主轴轴承的径向跳动仅为0.006mm,均达到了世界同类产品的最高水平;FB320超重型数控落地镗铣床的主轴直径达320mm,最高转速达1000r/min,达到了世界一流水平;XKU2680超重型数控龙门镗铣床实现了大跨距、高速度、高刚性和高精度快速动态响应,龙门间距达10m,工作台长度达64m,实属世界罕见。

   而包括CKX53280在内的这些国之重器除了数控系统采用德国西门子(Siemens)840系列,部分测量元器件采用德国海德汉(Heidenhain)或英国雷尼绍(Renishaw)的产品,以及个别液压件需要采用美国穆格(Moog)或德国利勃海尔(Liebherr)的产品之外,其他核心和关键技术及零部件(如主轴电机和伺服电机等,因为它们在这种应用场合下都是专属订制品,国际市场上根本没有符合要求的产品)均为自主可控,自主配套率都达到了很高的水平。

   从上述产品可以看出,如今的武重集团在极限制造装备方面的水平已经与昔日的老师希斯庄明平起平坐,某些领域甚至已经实现了对后者的超越;而武重的另一位昔日的老师——意大利SAFOP则已经在2012年被北一机床收购,成为了后者的子公司。

   另外,与同行友商一样,武重集团也成功实现了产品输出。今年8月1日,WL3500重型数控卧式车床通过了俄罗斯客户的验收,将远赴友邦安装调试;同样在今年下半年,WZ1600重型数控卧式铣车床也出口到了宝岛台湾,加入了台湾中龙钢铁公司的生产线。

   50多年来,我国的极限制造设备不断的发展壮大,将自己的身影嵌入了共和国前进的每一个脚印。在我国的极限制造设备已然跻身世界一流水平的今天,我们更有理由相信,这些国之重器不但能为“军民融合”的国家战略和“中国制造2025”规划提供强有力的支撑,更能实现中国高端装备“走出去”的宏伟目标,为“一带一路”倡议和构建人类命运共同体贡献强大的力量。

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责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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