把中國極限製造帶入世界一流的國之重器-科工力量
【文/ 科工力量專欄作者 高航】
2017年9月26日，工信部組織專家組在天津賽瑞機械有限公司（以下簡稱“賽瑞”）對中國兵器工業集團武漢重型機牀集團有限公司（以下簡稱“武重集團”）牽頭承擔的國家重大科技專項——CKX53280超重型數控單柱移動立式銑車牀進行了驗收。
這標誌着在經過近五年的實際生產考核之後，該設備的研製取得圓滿成功；同時這也標誌着我國的極限製造設備邁入了世界一流行列。
所謂極限製造是指超大型和超重型裝備的製造，包括超臨界及超超臨界發電機組轉子，百萬千瓦級壓水堆核電站的核反應堆壓力容器、堆芯吊籃、蒸汽發生器，大型及超大型水輪機轉輪體，超大噸位全旋轉起重船的旋轉支承，以及大型及超大型的礦山設備和船舶零件等。
作為服務於重點領域戰略產品的生產技術，極限製造需要超大型和超重型的特種設備來支撐，而研發這些特種設備的能力則是集中體現一個國家科技和工業能力的關鍵領域之一。
我國的極限製造設備從上世紀60年代初的萬噸水壓機項目起步，在短短50多年的時間裏從無到有，從弱到強，直到今天躋身世界一流行列，其發展過程可謂殊為不易。
具體到武重集團，該企業從引進德國希斯莊明(Schiess Brighton)和意大利SAFOP公司的重型加工設備及其技術開始，先後突破了滾動軸承主軸箱、雙齒輪齒條無間隙驅動、大型一腔一泵閉式恆流靜壓導軌和雙螺母無間隙特種滾珠絲槓副驅動等核心技術，並帶動了一大批基礎零部件，如大型特種滾珠絲槓和大型特種軸承的跨越式發展。
以大型特種滾珠絲槓為例，該零部件需要用沉澱硬化特種不鏽鋼材料(一般為1Cr15Co14Mo5VN)製造，必須經過嚴格的高温固化和低温深冷處理才能滿足力學要求，因此這一零部件的研製極大提升了我國特種鋼材的冶煉和加工水平。
然而正是在此過程中，受到國際和國內宏觀經濟形勢的影響，機械製造行業嚴重不景氣，武重集團陷入了巨大的困境中，甚至一度瀕臨破產。幸虧中國兵器工業集團出手相救，才挽救了這個極限製造設備研發生產的主力企業。
之後，起死回生的武重集團在國家重大科技專項的支持下研發了一批具有世界先進水平甚至世界領先水平的國之重器，有力的支持了我國高端製造業的跨越式發展，CKX53280超重型數控單柱移動立式銑車牀的研製成功就是其中的典型。
CKX53280超重型數控單柱移動立式銑車牀是迄今為止全世界加工規格最大的立式銑車牀。該設備可以加工最大直徑為28m，最大高度為13m，最大重量為800t的超大型和超重型工件；其工作台主軸功率達225kW，扭矩高達1000kNm；工作台車削轉速範圍0.08-8r/min，工作台銑削轉速範圍為0.0002-0.2r/min，均為無極調速；工作台徑向跳動不大於0.015mm，工作台任意分度誤差不大於±2”。
無論是從加工尺寸還是加工精度來講，CKX53280都是全球同類設備中的佼佼者。CKX53280還具備車、銑、鏜、鑽、磨複合加工功能，能夠實現工件在一次裝夾的情況下完成大部分甚至所有加工工序，加工適應能力很強。
為了滿足如此苛刻的加工性能要求，CKX53280採用了特殊的設計方案。其主要基礎件採用了熱對稱結構，提高了熱穩定性；工作台徑向採用高精端雙列圓柱滾子軸承定心，軸向採用大型滾珠止推軸承承載；刀架滑枕為大型特種滾珠絲槓副傳動，而導軌則採用了一腔一泵閉式恆流靜壓導軌。
特別是為了滿足工作台對大負載高精度加工的需求，CKX53280專門採用了雙主軸電機無間隙傳動技術。其原理為：工作台徑向兩端的兩台完全相同的主軸電機分別帶動兩台完全相同的主變速箱，四個主變速箱的輸出齒輪（直徑較小）再帶動主軸齒輪（直徑較大）轉動，其基本構型如下圖所示，圖中只畫了一半，另一半傳動機構在圖中最大的齒輪的另一面，構型與之對稱。
從圖中可以看出，兩邊各一對共四個小齒輪共同夾住了主軸的大齒輪，由於伺服系統的作用，大齒輪在啓動和換向的過程中始終受到伺服系統中的間隙補償算法根據主軸扭矩負載情況設置的偏置力矩的作用，無法在小齒輪的間隙中擺動，從而極大的提高了工作台的任意分度精度。
CKX53280自2012年11月2日交付賽瑞投產以來，運行穩定可靠，極大的提高了賽瑞的加工效率和產品質量，併為賽瑞的海外業務擴展提供了有力的支持，創造了巨大的經濟效益。
該設備同時還解決了我國核電和水電領域發電容量突破千萬千瓦的難題，打破了發達國家的壟斷和技術封鎖，為我國重點領域戰略裝備的發展做出了重大貢獻。
值得注意的是，與CKX53280同時交付賽瑞的其他三件國之重器也同樣不可小覷：DL250超重型卧式數控銑牀的最大承載重量達500t，其核心零部件之一——1000mm直徑高精度靜壓主軸軸承的徑向跳動僅為0.006mm，均達到了世界同類產品的最高水平；FB320超重型數控落地鏜銑牀的主軸直徑達320mm，最高轉速達1000r/min，達到了世界一流水平；XKU2680超重型數控龍門鏜銑牀實現了大跨距、高速度、高剛性和高精度快速動態響應，龍門間距達10m，工作台長度達64m，實屬世界罕見。
而包括CKX53280在內的這些國之重器除了數控系統採用德國西門子(Siemens)840系列，部分測量元器件採用德國海德漢(Heidenhain)或英國雷尼紹(Renishaw)的產品，以及個別液壓件需要採用美國穆格(Moog)或德國利勃海爾(Liebherr)的產品之外，其他核心和關鍵技術及零部件（如主軸電機和伺服電機等，因為它們在這種應用場合下都是專屬訂製品，國際市場上根本沒有符合要求的產品）均為自主可控，自主配套率都達到了很高的水平。
從上述產品可以看出，如今的武重集團在極限製造裝備方面的水平已經與昔日的老師希斯莊明平起平坐，某些領域甚至已經實現了對後者的超越；而武重的另一位昔日的老師——意大利SAFOP則已經在2012年被北一機牀收購，成為了後者的子公司。
另外，與同行友商一樣，武重集團也成功實現了產品輸出。今年8月1日，WL3500重型數控卧式車牀通過了俄羅斯客户的驗收，將遠赴友邦安裝調試；同樣在今年下半年，WZ1600重型數控卧式銑車牀也出口到了寶島台灣，加入了台灣中龍鋼鐵公司的生產線。
50多年來，我國的極限製造設備不斷的發展壯大，將自己的身影嵌入了共和國前進的每一個腳印。在我國的極限製造設備已然躋身世界一流水平的今天，我們更有理由相信，這些國之重器不但能為“軍民融合”的國家戰略和“中國製造2025”規劃提供強有力的支撐，更能實現中國高端裝備“走出去”的宏偉目標，為“一帶一路”倡議和構建人類命運共同體貢獻強大的力量。
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