我國造出定位精度4μm，重復(fù)定位精度2μm，運動加速度2G的高端機床

當(dāng)我們拿著精美輕薄的手機，當(dāng)我們坐著高速便捷的高鐵和飛機，很少把這些習(xí)以為常的生活場景與數(shù)控機床行業(yè)聯(lián)系起來。然而事實卻是，數(shù)控機床這個“制造機器的‘機器’”，更是關(guān)乎綜合國力提升的“國之重器”。

盡管中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)不斷壯大，但隨之而來的是國際技術(shù)封鎖加劇、自主研發(fā)遭遇瓶頸等重重困難，尤其是涉及航空航天等重要領(lǐng)域的高端數(shù)控機床仍受制于人，行業(yè)發(fā)展面臨著“大而不強”的困局。

造出中國人自己的高端數(shù)控機床，成為亟須應(yīng)對的“時代命題”。

在近日舉辦的中國（北京）國際數(shù)控機床展覽會（CIMT2021）上，上海理工大學(xué)(以下簡稱上理工)與秦川數(shù)控機床工具集團聯(lián)合研發(fā)的“高速立式五軸加工中心VMC40U”一經(jīng)亮相，就吸引了業(yè)界目光。這支由上理工教師和秦川工程師組成的校企團隊，僅耗時兩年就讓國產(chǎn)數(shù)控機床“大變身”，比肩趕超國際同類數(shù)控機床技術(shù)水平，這場“突圍之戰(zhàn)”喚醒了國內(nèi)傳統(tǒng)行業(yè)的制造潛力。

做數(shù)控機床行業(yè)新的“造風(fēng)者”

國內(nèi)現(xiàn)有的高精度數(shù)控機床之間的技術(shù)差距并不大，只需要通過增加重量等方法就可以實現(xiàn)高精度制造，但是高速數(shù)控機床卻要求數(shù)控機床結(jié)構(gòu)重量要輕，這就會導(dǎo)致高速運行過程中發(fā)生震動，無法實現(xiàn)高精度。因此，高精度和高速兩種模式難以同時滿足。

秦川集團黨委書記、董事長嚴鑒鉑曾說，如果用一句話形象地描述數(shù)控機床，那就是：遠看是機械產(chǎn)品，近看是工藝品，再細看其背后則是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的應(yīng)用。比如數(shù)控機床的熱特性對加工精度有重要影響，這里的熱特性就涉及到物理學(xué)科的知識。

“航空航天領(lǐng)域的數(shù)控機床只能依賴進口，兩年前我們想從德國一家公司選購數(shù)控機床的‘旋轉(zhuǎn)工作臺’，直接被拒絕。”負責(zé)此次研發(fā)項目的團隊負責(zé)人、上理工機械工程學(xué)院李郝林教授說，“這也激發(fā)了我們的斗志，必須自己造出來一臺，不再看著別人臉色說話。”碰巧的是，那時的秦川集團也將定位瞄準(zhǔn)到為航空行業(yè)提供“高精尖數(shù)控機床”，不求數(shù)量，而是要做出世界頂級的數(shù)控機床。于是上理工團隊與秦川的工程師們一拍即合，開始了研發(fā)之路。

在李郝林教授看來，研發(fā)的過程也是水到渠成的，上理工以設(shè)計研發(fā)見長，而秦川則精通制造及裝配。最終，他們打造出的“高速立式五軸加工中心VMC40U”成為了我國第一臺運動加速度達到2G的高端數(shù)控機床，實現(xiàn)定位精度4微米，重復(fù)定位精度2微米，在精度與高速技術(shù)指標(biāo)方面均達到世界一流水平，而這支校企合作的研發(fā)團隊也將成為數(shù)控機床行業(yè)新的“造風(fēng)者”。

成功源于反復(fù)打磨的“上理方法”

“數(shù)控機床的主要結(jié)構(gòu)改動要慎重。”這在數(shù)控機床行業(yè)是個“不成文”的規(guī)定。從企業(yè)角度看，一套模具動輒幾十萬，交給“沒有實戰(zhàn)經(jīng)驗”的高校來研究改造，試錯的成本太高。而精于科學(xué)研究方法的高校，無處進行實驗以佐證方法論，也只能紙上談兵。這成為校企產(chǎn)學(xué)研合作的阻力之一。

2015年，沈陽數(shù)控機床集團的1000余臺數(shù)控機床急需解決振動問題，集團董事長關(guān)錫友找到了上理工，李郝林教授團隊經(jīng)過三個月的數(shù)控機床測試與改造，有效解決了數(shù)控機床的振動問題。自從這次合作以后，雙方達成了持續(xù)合作的共識，并共建了沈陽數(shù)控機床-上海理工大學(xué) i5智能數(shù)控機床聯(lián)合實驗室。沈陽數(shù)控機床集團直接派出工程師團隊“駐扎”在學(xué)校實驗室，而機械工程學(xué)院的學(xué)生也趁著寒暑假到沈陽數(shù)控機床廠實操，設(shè)計—研發(fā)—生產(chǎn)的效率大大提升。

除了加強與工廠的合作之外，李郝林教授還不忘帶著團隊開展調(diào)研學(xué)習(xí)。“上理工緊挨著上海數(shù)控機床廠，以前我每個星期都會去廠里轉(zhuǎn)個三四趟，經(jīng)常在工廠的大道上遇到廠領(lǐng)導(dǎo)，他們會調(diào)侃我說‘上理職工’又來啦。”李郝林笑著回憶道。

此外，只要一有時間和機會，李郝林還會到德國斯圖加特大學(xué)等國外領(lǐng)先的研究所學(xué)習(xí)，“知己知彼才能百戰(zhàn)不殆，我們會跟著國外團隊學(xué)習(xí)，如果他們遇到某個數(shù)控機床的問題，看看他們是怎么解決的，他們在研究關(guān)注什么，這有助于我們開拓思路，與國際水平比肩。”

正是在這樣與企業(yè)緊密合作、馬不停蹄調(diào)研學(xué)習(xí)的過程中，李郝林團隊逐步由向企業(yè)提供技術(shù)服務(wù)和技術(shù)咨詢轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>數(shù)控機床設(shè)計方法的驗證，最終經(jīng)過反復(fù)打磨，形成了經(jīng)得起行業(yè)考驗的“上理方法”，為展會上亮相的“高速立式五軸加工中心VMC40U”項目注入“核心實力”。

李郝林說，接下來，團隊將目標(biāo)放在了建立“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”上，以期通過優(yōu)化現(xiàn)有的數(shù)控機床設(shè)計方法，讓它變成國內(nèi)數(shù)控機床行業(yè)的統(tǒng)一參照標(biāo)準(zhǔn)，推動國產(chǎn)數(shù)控機床的質(zhì)量整體提升。