十年磨一剑 重庆机床这项绝技全球领先

一半烟火

十年磨一剑 重庆机床这项绝技全球领先

▲重庆机床高性能齿轮精密磨削机床生产调试现场。（受访者供图）
机床被喻为“工业母机”，是国家基础性、战略性产业，是一个国家装备制造水平提升的基础，也是新质生产力迸发的活水源头。
前不久，位于重庆经开区的重庆机床（集团）有限责任公司（以下简称重庆机床）传来好消息：该公司牵头研发的“高性能齿轮精密磨削关键技术及装备”通过技术认定，达到国际领先标准。
为了磨好齿轮精密加工装备这把工业利剑，被称为中国机床制造“十八罗汉”之一的重庆机床，整整花了12年。
“这一路走来很艰难。”重庆机床董事长刘德永感叹，但如果这一切都是基于工业时代生产力发展的现实需求，那千难万难都不再难。
从手动挡到自动挡，攻克齿轮灵敏性第一关
2012年，作为国内汽车变速器领域的龙头企业，重庆青山工业有限责任公司（以下简称青山工业）十万火急找到重庆机床。
彼时，国内汽车从手动挡升级到自动挡是大势所趋，驾乘人对驾驶体验的要求越来越高。
“手动挡汽车费时费力，操作复杂。”青山工业技术与设备部部长邓昌俊解释，自动挡汽车配备液力变速器或双离合变速器，驾驶者只需踩油门和刹车即可，操作简单，反应快。但这也对变速器齿轮的灵敏性、精准性提出了更高要求。
当时，国产磨齿机远达不到要求，而进口磨齿机一台就要1000多万元，成本高昂，而且交付周期长达一年多，无法满足市场所需。
“能不能想办法研发国产高性能齿轮精密磨削机床？”青山工业抱着试一试的想法找到重庆机床。
作为专业制造齿轮加工机床的企业，重庆机床清醒地知道这道题有多难。
“想要生产出高精度齿轮，必须攻破磨齿这道关键工序。”刘德永坦言，高性能齿轮磨削存在修形齿面加工原理误差、力热耦合严重导致精度提升困难、齿面性能难以调控等难题，长期以来，我国高性能齿轮磨削加工核心技术缺失。
“行，一起干！”眼见齿轮磨削加工装备已成为卡住我国高端装备产业链安全和齿轮行业市场竞争力的一根刺，刘德永决定放手一搏拔掉它。
为了全方位提高齿轮精度，重庆机床大幅度提高了机床的几何精度，保证机床主要零部件组装的精准性，最大限度降低产品误差。
此外，重庆机床还与重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室牵手，迭代升级关键算法和控制方法，加强软件研发，通过参数优化、功能提升增强机床的控制精度。
2014年，第一批3台齿轮磨削加工装备交付青山工业，市场反馈良好，而每台机床成本仅进口设备的1/3。
从燃油车到新能源车，突破高精度第二关
时代最大的不变，就是变化。
2014年，席卷全国的新能源汽车研发箭在弦上。青山工业面临的新赛道，也成为重庆机床面对的新难题。
事实上，相较于传统燃油车，新能源汽车对齿轮的设计、加工要求可以说是一个量级的飞跃，对高转速、高承载、啮合精度、降噪性的要求大幅提升。
“大家都知道新能源汽车提速快，原因为何？”刘德永分析，主要是变速箱齿轮的转速从燃油车时代每分钟3000转左右提高到了1万转甚至更高，其中关键就靠齿轮性能的突破。
同时，为进一步满足新能源汽车省电、提升续航里程的需求，新能源汽车要最大限度减少自身重量，减少传动系统的耗电量，这也要求齿轮体积更小、重量更轻、精度更高。
为此，重庆机床创新研发新能源汽车齿轮加工系统误差调控技术，发明了修形齿面磨削原理性误差预测及消减方法，有效减少原理性误差90%以上，开辟了齿轮加工精度提升新途径。
同时，该公司攻克了精密全齿面修形磨齿核心工艺技术，在工艺优化方面取得突破性创新成果，有效提升了齿轮磨削精度。
此外，为满足小齿轮高效率磨削的市场需求，重庆机床还新开发260mm以下适配双工件主轴及高转速砂轮主轴系统的磨削装备，大幅提高新能源汽车齿轮磨削效率。
“截至2023年，我们已购进重庆机床高性能齿轮精密磨削机床11台，产品广泛供应长安、赛力斯、奇瑞、理想、东风等国内主要新能源汽车厂商。”邓昌俊表示。
从批量生产到“私人订制”，迈过特殊修形第三关
2016年，就在新能源汽车研发白热化的关键阶段，浙江双环传动机械股份有限公司（以下简称双环传动）找到了重庆机床。
“我们想用国产高端装备生产一种齿形、齿向特殊修形的齿轮，保证齿轮的三个截面完全一致，让新能源汽车齿轮转速更高、噪声更低。”双环传动相关负责人说。
事实上，不仅仅是双环传动，在新能源汽车万箭齐发的竞争态势下，新能源汽车从批量生产进入“私人订制”，正成为一种常态。
但想要实现双环传动提出的齿轮三截面一致性，却并不容易。
原来，重庆机床在研发中发现，采用蜗杆砂轮磨齿机磨削齿轮必然会存在齿面扭曲的情况，齿轮不同截面的齿向、齿形一定会存在差异。
怎么办？犯难的重庆机床，转而向重庆大学寻求帮助，但一时间双方都没有好的办法。
为了破解这个难题，重庆机床深入用户市场广泛调研，重庆大学加强底层算法攻关，最终提出了磨削刀具廓形的数字化计算方法，突破了解析法无法求解奇异点、计算复杂的瓶颈，成功开发齿面扭曲补偿功能及齿向任意修形功能。
“这也意味着，国内首次成功研发出具有复杂修形功能的高性能齿轮加工磨削装备，并达到国际先进水平，满足了高性能齿轮磨齿机国产化重大需求。”刘德永介绍，该技术成果已经在全球齿轮制造标杆企业浙江双环、重庆蓝黛等广泛应用。
事实上，除了高性能齿轮精密磨削关键技术及装备，近几年，重庆机床还成功研发出精密磨齿机、大型精密滚齿机、绿色干切滚齿机等高端数控机床，填补了国内多项空白，数控齿轮加工机床国内市场综合占有率在30%以上，为我国新能源汽车、航空航天和精密机床等高端装备关键核心基础件的加工提供了自主可控的工业母机。

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