摘要：沈机集团通过自主创新，瞄准市场需求，打破国外垄断，研制替代进口超长行程高档数控机床，解决“卡脖子”问题。攻克了一批核心和关键技术，有些技术甚至是首次应用，在“专精特新”道路上迈出可喜一步，提升了中国大型高档数控机床研制水平。

关键词：突破技术 打破垄断

背景PART 01

沈阳机床（集团）有限责任公司（SYMG，以下简称沈机集团）是中国通用技术（集团）控股有限责任公司旗下企业，是中国机床行业领军企业，是中国机床行业多项第一创造者。沈机集团秉承装备中国工业使命，坚持自主创新突破核心技术，跟踪国家需求攻关，不断打破国外封锁和垄断，广泛提升了中国工业企业装备水平，为国家航空航天、军工、船舶、汽车、轨道交通等重点行业和领域提供重要装备支撑。

随着“一带一路”倡议的不断拓展，中国轨道交通技术得到了蓬勃发展，高铁装备制造业迎来了发展的黄金期。高铁是我国高端制造业的典型代表之一，高铁建设对于我国经济发展具有举足轻重的地位，其发展水平也代表了一个国家的顶尖技术实力。

铝合金由于具有密度低、强度高，塑性好等特点，目前广泛应用于高铁车体侧墙、边梁、底架、牵枕缓等大型结构件中。目前国内高铁配套厂家对大型铝制结构件（机床最大行程达60米）加工设备的需求量大，市场完全被国外机床厂商垄断。为打破这一困境，沈机集团针对国内某龙头企业典型零件加工需求，研制超大型龙门移动式五轴加工机床。用于高铁行业车厢典型件（如侧墙、底架、边梁等）的五轴联动加工。

这一重大型专机设备的成功研制将彻底打破国外机床在该应用领域的垄断地位。为国产机床占领高端市场份额，提升高端装备技术水平，掌握高铁装备制造核心技术做出贡献。

责任行动PART 02

（一）立项情况

2018年沈机集团“面向轨道交通机车典型零件加工的超大型龙门移动式五轴加工机床研发”申报“沈阳市重大科技研发项目”，本项目资金总预算1700万元，其中申请政府资金支持100万元，企业自筹资金1600万元。

（二）项目团队

“面向轨道交通机车典型零件加工的超大型龙门移动式五轴加工机床研发”项目由沈机集团所属企业中捷机床有限公司教授级高级工程师严昊明带领，严昊明是中共党员，曾获全国五一劳动奖章、辽宁省劳动模范，曾担任国家"高档数控机床与基础制造装备"科技重大专项课题组组长，他主管课题"带AB轴的高速五轴联动加工中心"已成功通过国家验收。团队成员由高级工程师37人，工程师152人组成，包括技术、工艺质量、生产加工、设备保障及组织协调等多个小组，遍及设计、工艺、电气、生产、质量、运营等多个部门。

（三）攻克一批关键技术

项目团队围绕工作重点、难点问题开展技术攻关，成功研制了“GMC45620u超大型龙门移动式五轴联动加工机床”攻克了一批技术难点及核心技术。

1.高铁行业高端大型机床整机轻量化关键技术

 

高铁行业典型零件要求加工机床X向超长行程（行程大于60米）、Y向大框架（行程大于4.5米）龙门机床，并且龙门框架整体移动进行加工。为了满足典型零件的加工精度和加工效率，要求移动的龙门框架具有高动态响应和高速移动速度。如果沿用传统铸铁件龙门框架设计，龙门重量将超过65吨，无法保证高铁行业典型零件的加工效率和精度。

为此，项目团队制定了“整机钢结构焊接件”方案，从两个方面进行整机轻量化的研究，一是材料方面采用钢结构焊接件；二是整机新型结构的研发。结果验证了这一方案是成功的，在保证强度和精度的前提下将总重量降为30吨，龙门框架整机总重量降低一半还多。该关键技术的研发也为所有大型机床的轻量化设计积累宝贵的经验，对现有产品进行共性技术推广应用具有重要意义。

2.超长行程床身精度一致性关键技术

 

“GMC45620u超大型龙门移动式五轴加工机床” 床身本体长度达70米，X向双工位总行程62米，在国内机床行业是首次超长行程应用。制造难点在于床身是分段对接形式，如果各组床身结合面精度一致性无法保证，全行程精度将彻底超差，机床整体精度将无法满足使用要求。受加工、检测及装配工艺限制，这项难题在国内机床领域尚无解决办法，项目团队多次采用“头脑风暴”法，经过多次试验改进，终于攻克了超长行程床身分段对接关键技术，完美解决各组床身精度一致性和超长行程整体直线度问题。代表着中国机床行业超大型机床领域又实现一项突破。

3.大型数控机床的龙门快移技术

 

大型龙门移动式数控机床的X轴驱动部件为龙门框架，总质量几十吨，快移产生的动能极大。同时，移动速度快提高了定位精度难度。快速移动速度是考核机床性能的重要指标，也严重影响着机床的加工效率和零件质量。通常，20m/min以上快移速度对于重型机床来说属于“超高速”范畴。

项目团队在龙门快移技术方面具有较为丰富的经验和技术积累，在设计过程中借助伺服驱动的动态性能综合分析技术，考量不同驱动方案性能；借助有限元分析技术，对主要结构件进行动力学及模态分析。得益于前一项轻量化攻关成果，最终“GMC45620u超大型龙门移动式五轴加工机床”快移速度达到40m/min，达到世界先进水平。

4.大型五轴联动数控机床高精度技术

 

自2009年开始，沈机集团高档数控机床都采用“S试件”加工检测方法研制高精度机床。在“GMC45620u超大型龙门移动式五轴加工机床”项目研制中，当然还用这个方法。在几何精度、定位精度、综合加工效率、综合表面加工质量等方面“GMC45620u超大型龙门移动式五轴加工机床”表现优秀，完全高于S试件检验标准要求。

5.大型龙门移动式机床横梁变形控制技术

 

大型龙门移动式机床的横梁起到主要的连结和承载作用，其刚性和稳定性决定了机床整体精度和精度稳定性。将横梁自身因应力变形导致的精度变化降到最低，可提高大型龙门机床的精度。由于大型龙门机床的横梁长度较长（超过6米），因此焊接结构件都是分段焊接形式，存在较大的焊接应力，自身变形稳定性较差。为了改善这一状况，项目团队决定将横梁焊接结构件长度方向主要支撑部分采用板材整体折弯成型，减少应力变形。6米多长横梁，自重变形比一根头发丝还少，而且稳定性非常好。

6.工件毛坯误差补偿加工技术

 

针对用户工件均为数十米长的骨架式铝合金型材，具有轻质、薄壁、易变型等特性。在加工过程中，受装夹力、焊接应力、材料强度等多重因素影响，极易产生各种复杂变形。并且，由于铝型材厚度薄，变形量过大甚至可能发生加工面“铣漏”，致使零件报废。为了解决这一难题，项目团队研发出“工件毛坯误差补偿加工技术”，这一技术的应用在国内机床领域属于“开创先河”。工件在机床上装夹完成后，使用测量装置对待加工零件表面采点测量，应用插值算法勾勒出待加工零件表面的“全息图像”，并将“图像数据”存入数控系统。加工过程中，加工程序直接调用“图像数据”，对刀尖点位置进行实时补偿，杜绝了由于薄壁等问题导致零件加工报废的隐患。

项目团队只用了一年多时间成功研制“GMC45620u超大型龙门移动式五轴加工机床”，其性能指标达到世界最先进水平，价格仅为国外设备的三分之二。

履责成效PART 03

（一）突破一批核心关键技术

本项目在研制过程中，项目团队突破层层阻碍，获得一批机床制造核心和关键技术，可以说是对特大型机床研制技术的一次集中突破，对发展重大型和特大型高档数控机床，提升中国高端装备技术水平，掌握高铁装备制造核心技术做出重要贡献。

（二）研制成果已经转化为社会效益

“GMC45620u超大型龙门移动式五轴加工机床”首位用户辽宁忠旺铝合金精深加工有限公司。该公司主要生产高铁车体铝型材大部件、机加工车体上、下边梁、车体型材折弯等十几种深加工产品。“GMC45620u超大型龙门移动式五轴加工机床”主要为用户加工高铁车体的侧墙、边梁、底架、牵枕缓等大型铝合金结构件。“GMC45620u超大型龙门移动式五轴加工机床”为国产机床占领机床市场份额，尤其是特大型高档数控机床市场份额，做出重要贡献。

（三）打破国外垄断

本项目是面向轨道交通（高铁）行业研发的国内首台超大型龙门移动式五轴加工机床，用于高铁大型结构件（如侧墙、底架、边梁等）的五轴联动加工。这一重大型专机设备的成功研制，一举打破国外机床在该应用领域的垄断地位，填补国内空白。

展望PART 04

按照国内市场对此类设备需求量100台，该产品抢占30%市场份额计算，将为企业创造近7亿元销售收入。同时为设备购置厂商节省约3亿元购置成本。为打破国外机床在该应用领域的垄断地位、国产机床占领高端市场份额、提升高端装备技术水平、掌握高铁装备制造核心技术做出贡献。

又一批核心和关键技术突破，将带动中国机床行业在“专精特新”的发展道路上整体进步，将推动研制出更多世界一流水平高档数控机床，彻底解决我国高档数控机床“卡脖子”的问题，把技术牢牢掌握在自己手中。

【责任编辑：李沐霖】