重慶機(jī)床高性能齒輪精密磨削機(jī)床生產(chǎn)調(diào)試現(xiàn)場
機(jī)床被喻為“工業(yè)母機(jī)”，是國家基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是一個(gè)國家裝備制造水平提升的基礎(chǔ)，也是新質(zhì)生產(chǎn)力迸發(fā)的活水源頭。
前不久，位于重慶經(jīng)開區(qū)的重慶機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司(以下簡稱重慶機(jī)床)傳來好消息：該公司牽頭研發(fā)的“高性能齒輪精密磨削關(guān)鍵技術(shù)及裝備”通過技術(shù)認(rèn)定，達(dá)到國際領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)。
為了磨好齒輪精密加工裝備這把工業(yè)利劍，被稱為中國機(jī)床制造“十八羅漢”之一的重慶機(jī)床，整整花了12年。
“這一路走來很艱難。”重慶機(jī)床董事長劉德永感嘆，但如果這一切都是基于工業(yè)時(shí)代生產(chǎn)力發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，那千難萬難都不再難。
從手動(dòng)擋到自動(dòng)擋，攻克齒輪靈敏性第一關(guān)
2012年，作為國內(nèi)汽車變速器領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，重慶青山工業(yè)有限責(zé)任公司(以下簡稱青山工業(yè))十萬火急找到重慶機(jī)床。
彼時(shí)，國內(nèi)汽車從手動(dòng)擋升級到自動(dòng)擋是大勢所趨，駕乘人對駕駛體驗(yàn)的要求越來越高。
“手動(dòng)擋汽車費(fèi)時(shí)費(fèi)力，操作復(fù)雜。”青山工業(yè)技術(shù)與設(shè)備部部長鄧昌俊解釋，自動(dòng)擋汽車配備液力變速器或雙離合變速器，駕駛者只需踩油門和剎車即可，操作簡單，反應(yīng)快。但這也對變速器齒輪的靈敏性、精準(zhǔn)性提出了更高要求。
當(dāng)時(shí)，國產(chǎn)磨齒機(jī)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，而進(jìn)口磨齒機(jī)一臺就要1000多萬元，成本高昂，而且交付周期長達(dá)一年多，無法滿足市場所需。
“能不能想辦法研發(fā)國產(chǎn)高性能齒輪精密磨削機(jī)床?”青山工業(yè)抱著試一試的想法找到重慶機(jī)床。
作為專業(yè)制造齒輪加工機(jī)床的企業(yè)，重慶機(jī)床清醒地知道這道題有多難。
“想要生產(chǎn)出高精度齒輪，必須攻破磨齒這道關(guān)鍵工序。”劉德永坦言，高性能齒輪磨削存在修形齒面加工原理誤差、力熱耦合嚴(yán)重導(dǎo)致精度提升困難、齒面性能難以調(diào)控等難題，長期以來，我國高性能齒輪磨削加工核心技術(shù)缺失。
“行，一起干!”眼見齒輪磨削加工裝備已成為卡住我國高端裝備產(chǎn)業(yè)鏈安全和齒輪行業(yè)市場競爭力的一根刺，劉德永決定放手一搏拔掉它。
為了全方位提高齒輪精度，重慶機(jī)床大幅度提高了機(jī)床的幾何精度，保證機(jī)床主要零部件組裝的精準(zhǔn)性，最大限度降低產(chǎn)品誤差。
此外，重慶機(jī)床還與重慶大學(xué)高端裝備機(jī)械傳動(dòng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽手，迭代升級關(guān)鍵算法和控制方法，加強(qiáng)軟件研發(fā)，通過參數(shù)優(yōu)化、功能提升增強(qiáng)機(jī)床的控制精度。
2014年，第一批3臺齒輪磨削加工裝備交付青山工業(yè)，市場反饋良好，而每臺機(jī)床成本僅進(jìn)口設(shè)備的1/3。
從燃油車到新能源車，突破高精度第二關(guān)
時(shí)代最大的不變，就是變化。
2014年，席卷全國的新能源汽車研發(fā)箭在弦上。青山工業(yè)面臨的新賽道，也成為重慶機(jī)床面對的新難題。
事實(shí)上，相較于傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車對齒輪的設(shè)計(jì)、加工要求可以說是一個(gè)量級的飛躍，對高轉(zhuǎn)速、高承載、嚙合精度、降噪性的要求大幅提升。
“大家都知道新能源汽車提速快，原因?yàn)楹?”劉德永分析，主要是變速箱齒輪的轉(zhuǎn)速從燃油車時(shí)代每分鐘3000轉(zhuǎn)左右提高到了1萬轉(zhuǎn)甚至更高，其中關(guān)鍵就靠齒輪性能的突破。
同時(shí)，為進(jìn)一步滿足新能源汽車省電、提升續(xù)航里程的需求，新能源汽車要最大限度減少自身重量，減少傳動(dòng)系統(tǒng)的耗電量，這也要求齒輪體積更小、重量更輕、精度更高。
為此，重慶機(jī)床創(chuàng)新研發(fā)新能源汽車齒輪加工系統(tǒng)誤差調(diào)控技術(shù)，發(fā)明了修形齒面磨削原理性誤差預(yù)測及消減方法，有效減少原理性誤差90%以上，開辟了齒輪加工精度提升新途徑。
同時(shí)，重慶機(jī)床攻克了精密全齒面修形磨齒核心工藝技術(shù)，在工藝優(yōu)化方面取得突破性創(chuàng)新成果，有效提升了齒輪磨削精度。
此外，為滿足小齒輪高效率磨削的市場需求，重慶機(jī)床還新開發(fā)260mm以下適配雙工件主軸及高轉(zhuǎn)速砂輪主軸系統(tǒng)的磨削裝備，大幅提高新能源汽車齒輪磨削效率。
“截至2023年，我們已購進(jìn)重慶機(jī)床高性能齒輪精密磨削機(jī)床11臺，產(chǎn)品廣泛供應(yīng)長安、賽力斯、奇瑞、理想、東風(fēng)等國內(nèi)主要新能源汽車廠商。”鄧昌俊表示。
從批量生產(chǎn)到“私人訂制”，邁過特殊修形第三關(guān)
2016年，就在新能源汽車研發(fā)白熱化的關(guān)鍵階段，浙江雙環(huán)傳動(dòng)機(jī)械股份有限公司(以下簡稱雙環(huán)傳動(dòng))找到了重慶機(jī)床。
“我們想用國產(chǎn)高端裝備生產(chǎn)一種齒形、齒向特殊修形的齒輪，保證齒輪的三個(gè)截面完全一致，讓新能源汽車齒輪轉(zhuǎn)速更高、噪聲更低。”雙環(huán)傳動(dòng)相關(guān)負(fù)責(zé)人說。
事實(shí)上，不僅僅是雙環(huán)傳動(dòng)，在新能源汽車萬箭齊發(fā)的競爭態(tài)勢下，新能源汽車從批量生產(chǎn)進(jìn)入“私人訂制”，正成為一種常態(tài)。
但想要實(shí)現(xiàn)雙環(huán)傳動(dòng)提出的齒輪三截面一致性，卻并不容易。
原來，重慶機(jī)床在研發(fā)中發(fā)現(xiàn)，采用蝸桿砂輪磨齒機(jī)磨削齒輪必然會(huì)存在齒面扭曲的情況，齒輪不同截面的齒向、齒形一定會(huì)存在差異。
怎么辦?犯難的重慶機(jī)床，轉(zhuǎn)而向重慶大學(xué)尋求幫助，但一時(shí)間雙方都沒有好的辦法。
為了破解這個(gè)難題，重慶機(jī)床深入用戶市場廣泛調(diào)研，重慶大學(xué)加強(qiáng)底層算法攻關(guān)，最終提出了磨削刀具廓形的數(shù)字化計(jì)算方法，突破了解析法無法求解奇異點(diǎn)、計(jì)算復(fù)雜的瓶頸，成功開發(fā)齒面扭曲補(bǔ)償功能及齒向任意修形功能。
“這也意味著，國內(nèi)首次成功研發(fā)出具有復(fù)雜修形功能的高性能齒輪加工磨削裝備，并達(dá)到國際先進(jìn)水平，滿足了高性能齒輪磨齒機(jī)國產(chǎn)化重大需求。”劉德永介紹，該技術(shù)成果已經(jīng)在全球齒輪制造標(biāo)桿企業(yè)浙江雙環(huán)、重慶藍(lán)黛等廣泛應(yīng)用。
事實(shí)上，除了高性能齒輪精密磨削關(guān)鍵技術(shù)及裝備，近幾年，重慶機(jī)床還成功研發(fā)出精密磨齒機(jī)、大型精密滾齒機(jī)、綠色干切滾齒機(jī)等高端數(shù)控機(jī)床，填補(bǔ)了國內(nèi)多項(xiàng)空白，數(shù)控齒輪加工機(jī)床國內(nèi)市場綜合占有率在30%以上，為我國新能源汽車、航空航天和精密機(jī)床等高端裝備關(guān)鍵核心基礎(chǔ)件的加工提供了自主可控的工業(yè)母機(jī)。