“只需2秒鐘左右，脈沖激光束就能完成孔徑0.3毫米、傾斜角25度的發(fā)動(dòng)機(jī)氣膜冷卻孔加工，”在前不久舉行的中國(guó)國(guó)際機(jī)床展和第20屆光博會(huì)上，華工科技復(fù)雜曲面六軸激光微孔加工裝備一經(jīng)亮相就吸引了眾多觀眾的目光。這款“六軸微雕大師”可一次性完成復(fù)雜的空間角度加工，解決了航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的核心部件加工難題，是湖北省打造工業(yè)母機(jī)產(chǎn)業(yè)高地建設(shè)第一階段的“制造翹楚”標(biāo)志性產(chǎn)品。目前，產(chǎn)品關(guān)鍵核心技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并且在給國(guó)家的大飛機(jī)相關(guān)產(chǎn)業(yè)作配套。

1 打破行業(yè)天花板，理想是照亮前路的月光

發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)、航天器的 “心臟”，其性能的優(yōu)劣直接決定了飛行器的戰(zhàn)斗力與競(jìng)爭(zhēng)力。然而，一個(gè)棘手的問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著行業(yè)發(fā)展 —— 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的散熱難題。“航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室工作時(shí)，溫度最高可達(dá) 2000 攝氏度左右，如此極端的高溫，對(duì)燃燒室的材料和結(jié)構(gòu)提出了近乎苛刻的要求。”項(xiàng)目研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，防止零部件 “熔化”，可以通過(guò)激光加工微小直徑、特殊角度的氣膜孔，讓冷卻空氣形成一層有效的降溫保護(hù)屏障。但這一方案的實(shí)施，面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，核心技術(shù)被嚴(yán)密封鎖。

根據(jù)熱端部件的特點(diǎn)，華工科技聯(lián)合華中科技大學(xué)、下游企業(yè)等多方力量，決定研制出這臺(tái)復(fù)雜曲面六軸激光微孔加工裝備，讓發(fā)動(dòng)機(jī)在快速降溫的同時(shí)，又能給關(guān)鍵部位穿上“保護(hù)衣”。“從五軸到六軸的躍升，不僅是數(shù)字的變化，更是制造思維的革新”，研發(fā)負(fù)責(zé)人回憶，2019年初就做了充分的市場(chǎng)、技術(shù)調(diào)研，走訪下游市場(chǎng)，同時(shí)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中也為技術(shù)選型、采購(gòu)和調(diào)試預(yù)留了風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間。

根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要裝備精度指標(biāo)都要求在0.005mm以內(nèi)，常規(guī)裝配手段、精度檢驗(yàn)手段已不適用。項(xiàng)目組摸索新的裝配手法，學(xué)習(xí)新的高精度檢測(cè)儀器使用，聯(lián)合攻克裝配技術(shù)難關(guān)。從理論到實(shí)踐，從0.5到0.005，從無(wú)到有；敢干、肯干、巧干，用正確的方法和有力的執(zhí)行，去驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，不斷嘗試行業(yè)的天花板......

2 心往一處使，一次即做對(duì)

“不同于三維五軸激光切割智能裝備，六軸微孔加工設(shè)備多一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，使其在加工復(fù)雜異形微小孔時(shí)，能更靈活地調(diào)整激光頭與工件的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的角度控制，同時(shí)確保激光脈沖能在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻，以合適的能量輸出，將激光加工效率發(fā)揮到極致”，項(xiàng)目機(jī)械工程師介紹，六軸激光微孔加工裝備的核心需求是極致精度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和抗干擾能力，精度需要達(dá)到微米級(jí)，大理石通過(guò)其較低的熱膨脹系數(shù)、良好的穩(wěn)定性、優(yōu)異的抗振性等特性，完美匹配了這些需求。

這臺(tái)定位為高精度的精密機(jī)床，采用的是大理石基座，跟普通的金屬材料機(jī)床相比，大理石機(jī)床對(duì)設(shè)計(jì)的要求更高，必須要保證一次性加工完成之后，能滿足后續(xù)各項(xiàng)工序的要求。為此，團(tuán)隊(duì)成員決定一起調(diào)研具有代表性的大理石供應(yīng)商，團(tuán)隊(duì)全程跟蹤，與供應(yīng)商交流學(xué)習(xí)。

經(jīng)過(guò)調(diào)研學(xué)習(xí)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)要保證整機(jī)的高精度，僅僅是大理石基座精度高還不夠，其它核心元器件也必須選用高精度級(jí)別，并通過(guò)力學(xué)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)、關(guān)鍵大件的精密磨削加工以及人工鏟刮工藝，與大理石的精度優(yōu)勢(shì)做到完美適配，從而實(shí)現(xiàn)六軸微孔加工設(shè)備微米級(jí)的重復(fù)定位精度，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

“在項(xiàng)目生產(chǎn)裝配過(guò)程中，裝配精度設(shè)計(jì)指標(biāo)都在0.001mm數(shù)量級(jí)，相較常規(guī)激光切割機(jī)精度0.01mm的數(shù)量級(jí)，不簡(jiǎn)單是數(shù)學(xué)10倍的關(guān)系，它是一個(gè)質(zhì)的躍升。”裝配負(fù)責(zé)人介紹，項(xiàng)目Y軸橫梁和Z軸立柱為焊接鋼構(gòu)，易變形。于是，裝配團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)人工鏟刮、研磨，一點(diǎn)點(diǎn)鏟刮、研磨，一切都奔著保證“精度”指標(biāo)而努力。

2023年10月，華工科技航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜曲面六軸激光微孔加工裝備交付客戶使用，發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件在采用了該裝備生產(chǎn)后加工精度提升了10%，生產(chǎn)效率提高了15%。

3 敢想敢干，行動(dòng)拓界

追求100%，是每個(gè)研發(fā)人的“天命”。

突破國(guó)外復(fù)雜曲面六軸激光微孔加工裝備的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)，還有許多難關(guān)等在前方.....光學(xué)自動(dòng)對(duì)焦控制系統(tǒng)便是一道關(guān)卡,它是提高設(shè)備精度和零件加工質(zhì)量的一個(gè)必要條件。“光學(xué)自動(dòng)對(duì)焦控制系統(tǒng)能在曲面動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，確保激光焦點(diǎn)始終精準(zhǔn)聚焦于加工表面。”模塊研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，

2024年3月份，團(tuán)隊(duì)對(duì)光學(xué)自動(dòng)對(duì)焦控制系統(tǒng)核心技術(shù)進(jìn)入了深入剖析，光學(xué)自動(dòng)對(duì)焦控制系統(tǒng)包含光學(xué)測(cè)距傳感器一套和配套控制軟件。經(jīng)過(guò)大量技術(shù)調(diào)研，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)市面上大多數(shù)傳感器都不能與六軸設(shè)備相適配，只有同軸光電傳感器才能與設(shè)備進(jìn)行適配。“我們能不能根據(jù)同軸光電的原理自己研發(fā)光學(xué)測(cè)距傳感器呢？”一個(gè)大膽的想法在團(tuán)隊(duì)成員的腦海中閃現(xiàn)。

敢想敢干，凡事先干起來(lái),解決問(wèn)題的方法就在解決問(wèn)題的路上。團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)展開了技術(shù)合作，一場(chǎng)技術(shù)攻關(guān)就此拉開帷幕......

“首先，我們根據(jù)同軸光電傳感器原理搭建了桌面光路系統(tǒng)樣機(jī)，進(jìn)行基礎(chǔ)原理驗(yàn)證，再將桌面樣機(jī)進(jìn)行光學(xué)工程樣機(jī)的過(guò)渡。”模塊研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，光學(xué)就是失之毫厘,差之千里，稍微有一點(diǎn)偏差，獲取信號(hào)的質(zhì)量就會(huì)受到影響。團(tuán)隊(duì)花了4個(gè)月的時(shí)間分析每一個(gè)元器件，不斷的測(cè)試優(yōu)化，完成光學(xué)傳感器工程樣機(jī)的研制和技術(shù)突破，焦點(diǎn)位置精度在0.5毫米以內(nèi)，達(dá)到國(guó)外設(shè)備同等水平。

“未來(lái)，我們將順應(yīng)全球激光加工趨勢(shì)，持續(xù)研發(fā)世界一流、國(guó)內(nèi)頂尖的高精度多功能激光加工裝備，圍繞異型復(fù)雜曲面構(gòu)件、難加工材料的高速高精、低損傷激光復(fù)合加工需求，開展包括水導(dǎo)激光在內(nèi)的工業(yè)化應(yīng)用的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，重點(diǎn)突破“卡脖子”難題，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)獍l(fā)電、船舶動(dòng)力等領(lǐng)域打造應(yīng)用示范標(biāo)桿,打造激光加工裝備領(lǐng)域世界一流工業(yè)母機(jī)企業(yè)。”項(xiàng)目研發(fā)負(fù)責(zé)人說(shuō)。

從“被卡脖子”到“握命脈”,這不是終點(diǎn)，而是新征程......

關(guān)于華工激光智能裝備事業(yè)群

華工法利萊切焊系統(tǒng)工程有限公司是武漢華工激光工程有限責(zé)任公司全資子公司，又稱華工激光智能裝備事業(yè)群。華工激光智能裝備事業(yè)群成立于2003年，是國(guó)有控股高科技上市公司華工科技（股票代碼000988）核心子公司，公司前身為澳大利亞FARLEY、LASERLAB公司，F(xiàn)ARLEY·LASERLAB是業(yè)界公認(rèn)的世界切割與焊接技術(shù)知名國(guó)際品牌。

華工激光智能裝備事業(yè)群致力于為國(guó)內(nèi)外制造業(yè)客戶提供高品質(zhì)的激光切割機(jī)設(shè)備、激光焊接設(shè)備、激光清洗、白車身激光加工裝備等多個(gè)系列工業(yè)激光設(shè)備及智能裝備解決方案。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車制造、工程機(jī)械、鈑金加工、橋梁建筑、鋼構(gòu)建筑、航空航天等行業(yè)。