2025年，近期，火箭院首都航天機(jī)械有限公司所屬天津火箭公司在鏡像銑削技術(shù)上取得了技術(shù)突破，成功完成5米級(jí)直徑整體鏡像銑削產(chǎn)品的加工生產(chǎn)。
此前，該公司在2021年末已采用世界首創(chuàng)的立式雙五軸鏡像銑削技術(shù)，成功制造出直徑3.35米、壁厚1毫米的超大徑厚比火箭貯箱整體箱底，3350:1的超大徑厚比領(lǐng)先業(yè)界先進(jìn)水平。
從3.35米到5米，實(shí)現(xiàn)了大直徑貯箱產(chǎn)品制造工藝從高污染低精度化銑拼焊到高精度高效綠色鏡像銑生產(chǎn)的全新超越。整體鏡像銑削加工技術(shù)更加輕量化、更高可靠性、全綠色制造的優(yōu)勢(shì)凸顯。
挑戰(zhàn)“巨型氣球”
如果說(shuō)之前3.35米直徑、3350：1徑厚比的箱底是巨型雞蛋殼，現(xiàn)在直徑增加到5米，更像是一個(gè)巨型氣球。
“直徑從3.35米增加到5米，加工表面積將翻倍增加，尺寸越大越容易變形，產(chǎn)品壁厚的不均勻量也將是3米級(jí)產(chǎn)品的數(shù)倍，這在進(jìn)行銑削量調(diào)整時(shí)難度劇增，加工過(guò)程中的速度、精度控制都是巨大的挑戰(zhàn)?！边@不是簡(jiǎn)單的尺寸增加，而是加工難度的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)?！皩?duì)任務(wù)不講條件，我們要考慮的就是怎么干，怎么保證效率，保證質(zhì)量的干好，全力以赴保證壁厚精度和產(chǎn)品重量?！睌?shù)控機(jī)加車間王元軍平靜地說(shuō)。
要干“瓷器活”先造“金剛鉆”
5米級(jí)產(chǎn)品加工直徑和體積顯著增大，機(jī)床的加工體積范圍需大幅增加3倍，3.35米的立式雙五軸鏡像銑削設(shè)備無(wú)法滿足生產(chǎn)條件，必須研制出更大的5米級(jí)鏡像銑設(shè)備。
由于產(chǎn)品直徑、高度的增加，5米鏡像銑削設(shè)備的橫梁跨度與高度也要進(jìn)行量的提升，這對(duì)12個(gè)軸定位精度和重復(fù)定位精度的控制要求較高；考慮到日后的生產(chǎn)需求，此設(shè)備要包含全型號(hào)尺寸的加工能力，內(nèi)支撐測(cè)量厚度范圍大幅增加，但又要同時(shí)保證測(cè)量精度，這對(duì)測(cè)量補(bǔ)償系統(tǒng)也是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。
數(shù)控機(jī)加車間劉強(qiáng)主動(dòng)請(qǐng)纓：“我們借鑒于3.35米設(shè)備使用過(guò)程中總結(jié)的問(wèn)題與經(jīng)驗(yàn)，5米級(jí)鏡像銑機(jī)床在設(shè)計(jì)之初就對(duì)加工通用性、設(shè)備穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)可靠性、工藝編制便捷性等方面有了更高要求。設(shè)計(jì)制造難度翻倍?！?/span>
針對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)和工藝指標(biāo)，劉強(qiáng)多次與設(shè)備廠商開(kāi)展設(shè)備研發(fā)的論證、審核等工作，并積極聽(tīng)取生產(chǎn)一線的優(yōu)化建議，經(jīng)常到車間現(xiàn)場(chǎng)與王元軍反復(fù)討論，不斷完善設(shè)備工藝要求，經(jīng)過(guò)日夜奮戰(zhàn)，最終完成了6米大跨度雙側(cè)異種構(gòu)型立式雙五軸新產(chǎn)品研制與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了“柔性裝卡-測(cè)量重構(gòu)-加工規(guī)劃”成套工藝系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。
劉強(qiáng)驕傲地說(shuō)：“這臺(tái)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)6米大跨度、110度超大角度的精準(zhǔn)隨動(dòng)支撐，而且操作系統(tǒng)也優(yōu)化減少了一半，效率、質(zhì)量都得到了大幅提高。”
這臺(tái)5米鏡像銑削設(shè)備與3.35米鏡像銑削設(shè)備相比，可以自主過(guò)濾掉無(wú)效數(shù)據(jù)，避免雜波影響，保證測(cè)厚數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度與穩(wěn)定性；冷卻方式優(yōu)化，對(duì)刀具冷卻更充分，有效減少了加工過(guò)程中熱量導(dǎo)致的產(chǎn)品變形；裝卡方式在虎鉗裝卡的基礎(chǔ)上增加了絲桿傳動(dòng)裝置，操作人員只需調(diào)節(jié)絲桿即可，不用再費(fèi)力拖拽，勞動(dòng)強(qiáng)度和操作難度都大幅降低，原本3.35米箱底調(diào)節(jié)時(shí)需要3個(gè)人耗時(shí)4至6小時(shí)完成，現(xiàn)在5米箱底僅需2人3小時(shí)就能完成調(diào)節(jié)。
另外，激光掃描系統(tǒng)也進(jìn)行了優(yōu)化提升，將有效掃描寬度擴(kuò)大了3倍，掃描時(shí)間大幅縮減；再通過(guò)耦合劑的優(yōu)化、降低掃描系統(tǒng)對(duì)殘留水珠的敏感性等方式，無(wú)需再多次進(jìn)行人工擦拭處理，也可以保證激光掃描的準(zhǔn)確度不受實(shí)時(shí)測(cè)厚補(bǔ)償過(guò)程中耦合劑殘留的影響。不但減少人工操作工作量，而且節(jié)約了大量時(shí)間。
全方位升級(jí)的5米鏡像銑削設(shè)備成為更高效率、更可靠質(zhì)量產(chǎn)品生產(chǎn)的利器。
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又一次成功“登頂”
將鏡像銑削技術(shù)應(yīng)用到5米級(jí)大徑厚比產(chǎn)品加工，關(guān)鍵難題在于要高精度控制大行程雙五軸聯(lián)動(dòng)，并通過(guò)實(shí)時(shí)壁厚測(cè)量與閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壁厚精度的高精度實(shí)時(shí)控制。新設(shè)備磨合、參數(shù)摸索、工藝驗(yàn)證等所有環(huán)節(jié)，不僅是設(shè)備的驗(yàn)收，更是對(duì)工藝技術(shù)能力的極限考驗(yàn)。
設(shè)備啟動(dòng)的第一天，工藝團(tuán)隊(duì)全員扎進(jìn)了車間，設(shè)備工程師調(diào)試一個(gè)參數(shù)，他們就立刻記錄、觀察加工狀態(tài)、測(cè)量關(guān)鍵尺寸，不斷匹配優(yōu)化工藝參數(shù)。經(jīng)過(guò)70多小時(shí)的鏖戰(zhàn)，在經(jīng)歷數(shù)次微調(diào)參數(shù)、優(yōu)化路徑、優(yōu)化刀具，使鏡像銑削自動(dòng)控制和工藝在實(shí)戰(zhàn)中得到了最嚴(yán)苛的驗(yàn)證，不懼箱底毛坯的不均勻度。當(dāng)最后一道工序完成，測(cè)量員報(bào)出壁厚精度合格時(shí)，整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)爆發(fā)出壓抑已久的歡呼和掌聲。
團(tuán)隊(duì)成員們一次次調(diào)試加工參數(shù)，一次次修改加工方案，不僅讓這臺(tái)智能化的世界首創(chuàng)產(chǎn)品能夠更好地適應(yīng)各種不同的加工工況，還深刻掌握了超大徑厚比尺度下材料的變形規(guī)律，創(chuàng)新優(yōu)化了裝夾方式、探索出更佳的刀具路徑，攻克了薄壁易變形曲面的高速高精度穩(wěn)定測(cè)厚難題，在質(zhì)量和效率間尋找出完美的平衡點(diǎn)。
