在北京國際機床展的聚光燈下,中國機械總院海西分院以“靜壓技術(shù)中國方案”為主題,攜薄膜反饋式液體靜壓導軌/主軸/轉臺、納米級氣浮主軸/轉臺等硬核科技震撼登場(chǎng)。這場(chǎng)展示不僅是對國際精密制造技術(shù)的強勢回應,更通過(guò)長(cháng)行程靜壓銑磨床動(dòng)態(tài)演示、航天光學(xué)元件現場(chǎng)加工等場(chǎng)景,向全球宣告中國在工業(yè)母機領(lǐng)域已實(shí)現從“技術(shù)破冰”到“生態(tài)重構”的跨越式突破。
一、硬核科技樹(shù)標桿:靜壓技術(shù)的中國解法
(一)破局者:薄膜反饋式液體靜壓系統
面對國際領(lǐng)先的德國海浮樂(lè )公司的技術(shù)壟斷與封鎖,海西分院突破技術(shù)壁壘,獨創(chuàng )了薄膜反饋補償技術(shù),攻克油膜剛度與精度不可兼得的行業(yè)難題。其核心元件采用彈性膜片結構,通過(guò)油壓-形變-流量的閉環(huán)調控,實(shí)現流量動(dòng)態(tài)自適應調節,在工作壓力32-80bar范圍內油膜厚度波動(dòng)≤2μm,顯著(zhù)提高了超精密機床功能部件的運動(dòng)精度和穩定性,靜壓支承剛度較傳統滾動(dòng)軸承提高10倍、精度提升一個(gè)數量級。已形成液體靜壓導軌滑塊、液體靜壓主軸、液體靜壓轉臺等系列液體靜壓部件,并獲得多項自主知識產(chǎn)權,實(shí)現了技術(shù)自主可控,解決了我國超精密機床液體靜壓技術(shù)長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面。
(二)極限挑戰:納米級精度破壁戰
在半導體晶圓加工展區,直徑800mm氣體靜壓轉臺以徑向/軸向回轉精度≤0.1μm,轉角精度±0.5"穩定持續運轉,其采用的微孔節流+真空吸附復合技術(shù),成功解決傳統氣浮系統承載剛度不足的痛點(diǎn);面向半導體設備制造領(lǐng)域對超精密氣浮主軸的重大需求,針對超精密氣浮靜壓主軸結構設計、微孔節流器、微孔陣列精密加工等核心技術(shù)瓶頸,創(chuàng )新性提出對稱(chēng)式熱耗散通道設計,有效抑制主軸非對稱(chēng)熱變形,實(shí)現軸向/徑向回轉精度≤0.1μm,攻克SiC晶圓加工中剛性不足與熱變形耦合導致的亞表面損傷難題,實(shí)現納米級面形精度與亞微米級厚度一致性,軸向剛度較傳統T型結構大幅提升,承載力突破4900N。
(三)跨界創(chuàng )新:軍民融合技術(shù)轉化
在國家重大光學(xué)工程——可控核聚變領(lǐng)域,海西分院憑借具有自主知識產(chǎn)權的液體靜壓技術(shù)加持,成功研制出大口徑非球面光學(xué)元件超精密磨拋機床,實(shí)現了光學(xué)元件、陶瓷等硬脆性材料的平面、球面、非球面微米級/納米級精度加工,實(shí)現國家戰略性重大工程關(guān)鍵裝備國產(chǎn)化。例如,UPG80光學(xué)元件超精密磨床加工元件面形精度≤2.75μm,表面粗糙度0.05μm;BP480五軸數控氣囊式拋光機床加工元件面形精度PV<1/3λ,表面粗糙度Rq≤1nm。將核聚變裝備技術(shù)轉化為民用裝備,開(kāi)發(fā)門(mén)型立式加工中心和龍門(mén)加工中心為代表的精密金屬切削機床產(chǎn)品,實(shí)現液體靜壓技術(shù)在通用數控機床的應用,保障機床高剛性、高精度?,F場(chǎng)展示的V950H全靜壓門(mén)型立式加工中心,搭載該技術(shù)后直線(xiàn)軸重復定位精度達±1μm,無(wú)接觸磨損使關(guān)鍵部件壽命提升3-5倍,維護成本降低60%。
二、戰略突圍進(jìn)行時(shí):構建靜壓技術(shù)生態(tài)圈
(一)重塑靜壓技術(shù),實(shí)現國產(chǎn)替代
精密機床是高端制造的基石,其核心技術(shù)自主化已成為國家戰略的重要任務(wù)。液體靜壓技術(shù)憑借其在精度、穩定性和壽命方面的突破性?xún)?yōu)勢,正成為國產(chǎn)高端機床實(shí)現技術(shù)突圍的關(guān)鍵路徑。海西分院在多項國家重大項目支持下,突破閉式液體靜壓瓶頸技術(shù),成功研制高精度系列液體靜壓部件,實(shí)現國產(chǎn)化替代,已經(jīng)成為國內少數具備核心元件-功能部件-主機裝備的工業(yè)母機精密裝備成套解決方案供應能力的企業(yè)。海西分院開(kāi)發(fā)的全靜壓復合加工中心,在鈦合金航空結構件加工中實(shí)現形狀精度±2μm;開(kāi)發(fā)的高精度臥軸矩臺平面磨床加工精度達2μm、粗糙度≤Ra0.08μm,替代瑞士美蓋勒設備;在可控核聚變領(lǐng)域,提供了14臺大口徑非球面光學(xué)元件超精密磨拋機床,在九院可控核聚變中心使用;在核石墨領(lǐng)域,為用戶(hù)一次性提供38臺(套)石墨型專(zhuān)用數控機床產(chǎn)品,實(shí)現車(chē)間級整體解決方案。
(二)國產(chǎn)化進(jìn)程中的生態(tài)重構
海西分院從核心元件、基礎大件到液體/空氣靜壓功能部件,實(shí)現全鏈條自主可控,打破高端功能部件依賴(lài)進(jìn)口的瓶頸?!案呔溶?chē)銑復合加工中心”榮獲2024年度國內首臺重大技術(shù)裝備認定,已累計獲國內首臺(套)重大技術(shù)裝備認定4項、省內首臺(套)裝備認定5項。海西分院生產(chǎn)的全靜壓機床價(jià)格僅為國外同類(lèi)產(chǎn)品的65%,但精度指標不低于國外同類(lèi)水平。
當前,液體靜壓技術(shù)生態(tài)圈的構建將超出單純產(chǎn)品替代范疇,正力爭重塑全球精密制造的價(jià)值鏈結構。這場(chǎng)突圍戰不僅關(guān)乎國產(chǎn)機床的生死存亡,更是中國高端裝備從“功能性替代”向“范式創(chuàng )新”躍遷的戰略支點(diǎn)。未來(lái)海西分院,隨著(zhù)靜壓技術(shù)與AI、數字孿生的深度融合,或將催生新一代智能超精加工裝備。
中國機械科學(xué)研究總院集團有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國機械總院)的前身是機械工業(yè)部機械科學(xué)研究院,成立于1956年新中國建設時(shí)期。1999年按照“國科發(fā)政字(1999)197號文”的要求,將原機械工業(yè)部直屬的從事基礎共性技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)的一批研究所劃入機械總院整體轉制為中央直屬企業(yè)...
版權所有:中國機械科學(xué)研究總院集團有限公司 京ICP備:05080424號
京公網(wǎng)安備:11010802040622號
技術(shù)支持:北京信諾誠