【改革開放40年】 （北一）重型數控龍門銑床從無到有的發展歷程
2018-9-17 來源： （ 北京北一機床股份有限公司） 作者：鄒春生
一、改革開放對機床制造業的拉動
1、需求的發展
中國的改革開放，極大地促進了經濟的發展，特別是中國市場經濟的發展。改革開放40年，中國的經濟發生了前所未有的變化，在原有工業體系比較健全的良好基礎上，全面實現了極大的提升。我國裝備制造業作為經濟發展的基礎，從跟從到并跑，再到一些領域的領先；機床作為裝備制造的基礎裝備——工業母機，隨之得以高速發展。40年來，中國機床工具行業不僅健全了體系，也補足了之前的欠缺。
我國軍工（航天、船舶、兵器等）、核電、海洋工程、礦山、船舶、化工等行業的發展，需要大型、多功能和高精度的重型機床，促進了我國重型機床的發展。
2、“走出去”的影響
改革開放前，由于歷史性特殊原因，我國機床行業相比歐美、日本等工業發達國家，已經落后了很多。當時基本上還處于普通機床為主的狀態，數控機床、多功能、多軸機床方面更是落后多年。同樣，重型機床作為行業標志性的產品，也落后了10年以上。
改革開放，從初期的引進國外先進產品、技術，到與先進的制造商合作，再到進入二十一世紀以來國家實施“走出去”戰略，加上國內機床行業自強不息，取得長足進步，如今已有能力、有實力走出去，參與國際市場的競爭。特別是與國外一些先進機床企業的合資合作，再進一步并購國外的先進機床廠家，使得我們行業有機會引進最先進的機床產品設計、制造技術以及先進的機床設計理念。
3、國家04專項的促進作用
機床行業是一個需要大量投入，并需要多年積累的領域。由于基礎差、底子薄，在持續多年落后的情況下，僅有上述條件，還不足以使我們的機床在設計、制造及應用方面追上國外的先進產品。我們的行業老領導和政府相關部門認識到，機床行業是國家裝備制造業極其重要的行業，及時開展了“04專項”的支持，開展共性機床技術研究，研發重點用戶需求的產品，建立產學研用聯盟，發揮企業自身優勢，開展了卓有成效的專項研發，開發了一些標志性的產品、技術，基本滿足了國防工業、重點項目和關鍵領域對機床產品、技術的需求。
4、企業的活力
改革開放40年，隨著經濟的發展，企業的經濟實力不斷增強，有一定實力進行產品、技術開發和技改投入，培養了研發、生產隊伍。
由于篇幅有限，本文僅以北京北一機床股份有限公司（以下簡稱北一機床或北一）重型龍門產品的發展為例，見證機床行業在改革開放40年來的發展。
二、北一重型龍門銑床的發展
1、發展歷史
北一機床的機床產品技術是在20世紀50年代引進前蘇聯的技術，從萬能銑床開始；60年代、70年代引進普通龍門銑床。這是在改革開放前中國機床行業的典型發展模式，并由此建立了比較健全的機床行業體系。但這樣的發展模式也限制了行業的進步，再加上相對封閉的發展狀態，使得機床行業很難實現飛躍性的發展。
2、改革開放以來的發展
從80年代開始，北一機床有了與國外合作的歷史機遇，開始了與日本、歐美國家先進企業的合作。其中，從與德國科堡公司的合作，北一機床開啟了重型數控龍門銑床的制造時代。通過合作，北一基本掌握了重型數控龍門機床的制造技術，建立了自主開發、制造的能力。但對于全面滿足國防、重點領域的需求還有差距。
進入21世紀，隨著改革開放的持續深入，機床行業的發展也在從量的發展轉到質的提升。北一機床借著改革開放的大好形勢，在2005年并購了德國科堡公司，數控重型龍門的發展也發生了巨大變化，從重型龍門向超重型龍門發展，同時向多功能、復合、多軸機床發展，其標志性的產品是2010年交付哈爾濱汽輪機有限公司的XKA28105X300機床，是當時世界上綜合指標規格最大的數控龍門銑床，由此實現了從標準龍門銑床向超大、多功能、復合及多軸機床的跨越。
3、數控龍門機床標志性產品介紹
這臺XKA28105×300數控重型橋式龍門五軸車銑復合機床，龍門最大通過寬度10.5m，最大加工高度達7.5m，主軸功率105kW，主軸最大扭矩9500Nm，配有大功率、大扭矩A/C軸機械式傳動擺角銑頭，可五坐標聯動加工，配有直徑9.5m的車銑雙速數控轉臺，承重300t。該機床是目前世界上跨度最大的數控重型橋式動梁五坐標車銑復合機床，主要性能指標達到國際先進、國內領先水平。
以下指標實現跨越式發展：
（1）龍門跨度：從5m向10.5m的發展，標志著我們具備了超重型龍門銑床的制造能力；對于大型核電零件的加工實現了自主裝備加工的突破；
（2）滑枕行程：由2m擴展到了4m，使得自主龍門的加工范圍得到了突破，如大沖程船用柴油發動機滑道的加工、大型礦山設備零件的加工等；
（3）在龍門銑床上增加了雙速車銑轉臺，具備了車銑復合的功能；可以實現大型復雜零件一次裝夾全面加工，提高零件的加工精度和效率；
（4）配置了大扭矩的機械擺角銑頭，實現了超重型龍門銑床的五軸加工能力；可以實現大型復雜零件的加工，如多葉船用螺旋槳的加工等。
此項目得到了04專項的支持，在有限時間內獲得了自主創新的成果。此臺超重型機床的成功研發，使北一得以實現超重型龍門復合銑床產品的全系列化，包括提供給首都航天機械公司的XKA2780X80、提供給中信重工的XKAU2890X300、提供給江蘇新能源的XKA2890X150車銑復合龍門銑床。并且衍生出了以車為主的龍門跨度達到13.5m的車銑復合加工中心，用于核電關鍵零件加工。
三、數控龍門銑床研發理論的發展
對于數控龍門銑床的制造，我們過去僅僅停留在制造環節，在理論方面缺乏研究，沒有自己的標準、規范。在此臺機床的研制過程中，與用戶、北京工業大學共同進行了超重型機床關鍵技術的理論和試驗研究，取得以下成果：
1、產品設計創新
支持模塊化的超重型數控龍門移動式車銑復合機床數字化設計方法與規范。建立了基于數字驅動的機床數字化模型和完整的數字化設計方法與規范，解決了定梁/動梁、龍門移動/不移動主結構與不同的轉臺、滑枕等功能部件之間的優化配置問題，能夠針對用戶個性化需求進行定制化生產，對市場變化的快速響應能力提升30%。
2、制造與工藝創新
（1）超長橫梁分段設計方法與高效制造工藝。首次實現了超長橫梁的分段設計與制造，提出了超長橫梁預起拱曲線優化設計與檢測方法，通過橫梁結合面位置、連接螺栓數量及預緊力的分析與優化，解決了分段式超長橫梁因結合面而帶來的加工精度下降難題。
（2）高速、重載靜壓支承系統設計與制造技術。在回轉類（靜壓轉臺）、直線類（靜壓滑座、靜壓溜板以及全包靜壓滑枕等）靜壓支承功能部件仿真分析與精密制造方面形成成套專有技術，解決了超重型機床靜壓支承承載性能提升的瓶頸問題。
（3）大型結合面特征參數辨識與建模方法。首次實現了面向表面接觸壓強的大型結合面動靜特性預測，突破了耦合結合面特征的整機建模與分析技術，實現了超重型數控龍門移動式車銑復合機床的裝配與動力學特性預測可控，整機建模效率提高了1倍以上。
（4）超重型龍門機床加工過程中啟停沖擊動力學理論建模與測試方法。建立了床身到刀尖點的力與變形協調與傳遞方程，解析了啟停沖擊載荷下結構件變形、結合面、靜壓支承系統等多因素對重型龍門移動機床耦合作用機理。
四、產生的經濟、社會效益
北一機床在超重型數控龍門機床和重型車銑復合機床領域，已實現銷售15臺，銷售收入51069萬元。項目帶動了企業產品、技術的衍生與擴展，一方面帶動了北一機床雙柱重型立車產品系列的擴展，通過寬度擴大到13.5m，以車削功能為主，具備較強的銑削功能，并有多臺銷售；另一方面，產品最終帶動大規格工作臺移動式車銑復合系列產品的研發和生產，加工跨度從1.5m到13.5m三個系列的產品規格發展，提升了企業的自主創新能力，形成了企業未來重型機床業務發展的支撐。產品用戶以電力設備行業為主，并擴及航天、船用螺旋槳等其他領域，其中2臺已出口到韓國斗山重工，用于加工核電設備。成為企業推動產業轉型升級的新亮點。
改革開放40年來，我國的經濟發生了巨大變化，重型數控龍門銑及整個機床行業都實現了跨越式發展。如果沒有改革開放，這些成績都是不可想象的。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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