◆圖為參會人員在觀摩JKMS8350機(jī)床。
如何更好地加工一件長1.2米、直徑0.5米的異形凸輪軸，一度讓中國城市科學(xué)研究會、城市空氣動力交通技術(shù)中心（以下簡稱空氣動力中心）朱仕亮副主任頗為頭疼。
“我們的朱副總，為了解決這個問題，不僅了解國內(nèi)磨床加工制造的現(xiàn)況，也去國外考察了幾個企業(yè)，但都沒有現(xiàn)成的機(jī)床適用，這嚴(yán)重影響了我們所新能源發(fā)動機(jī)的研發(fā)進(jìn)程。”
說這話的是空氣動力中心的祖明主任。他告訴中國工業(yè)報記者，該所目前已試驗研究開發(fā)出一種壓縮空氣發(fā)動機(jī)，它不燒油、不燒氣，利用壓縮空氣作動力替代原有的燒油、燒氣發(fā)動機(jī)，取得了重大技術(shù)進(jìn)步，但該發(fā)動機(jī)的異形零件采用傳統(tǒng)的裝備無法加工，要使該發(fā)動機(jī)能批量生產(chǎn)，開發(fā)研制能加工這種零件的關(guān)鍵設(shè)備勢在必行。
探索·創(chuàng)新
祖明表示，近幾年來，大城市的霧霾天氣，嚴(yán)重影響人們正常的生產(chǎn)、生活、工作和身體健康，特別是汽車尾氣是重要的污染源，已嚴(yán)重污染了城市的空氣，人們都非常期待藍(lán)天白云。為此，開發(fā)一種對環(huán)境沒有污染的發(fā)動機(jī)替代傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)已勢在必行。
為此，除了進(jìn)行電動汽車的嘗試外，國內(nèi)外相關(guān)單位也在積極開展壓縮空氣發(fā)動機(jī)的研發(fā)。
據(jù)了解，法國機(jī)械工程師內(nèi)格爾于1996年首個制造了第一臺壓縮空氣發(fā)動機(jī)，1999年創(chuàng)辦了MDI公司，十幾年來一直研究改造以空氣能為動力的發(fā)動機(jī)用于汽車上。2011年6月，第十四屆中國北京國際科技產(chǎn)業(yè)博覽會上國內(nèi)某企業(yè)也推出兩款空氣動力發(fā)動機(jī)。
但配置該發(fā)動機(jī)的汽車在城市行駛，必須建立許許多多高壓空氣動力加氣站（40Mpa折合為400個大氣壓力）并且每一個加氣站使用高壓空氣壓縮機(jī)總電機(jī)功率為44kW，均需要大量市電供給，需要大量市政投資建加氣站，如此這般以電能轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能經(jīng)濟(jì)上非常昂貴，不如直接用電動汽車經(jīng)濟(jì)得多。
業(yè)內(nèi)人士表示，考察現(xiàn)有空氣發(fā)動機(jī)技術(shù)，存在幾個認(rèn)識上的誤區(qū)。比如，把空氣作為空氣發(fā)動機(jī)的原動力，被使用做功以后，就任意排放到自然大氣環(huán)境中。實際上使用的都是壓縮空氣，壓縮空氣的獲得基本上全靠消耗電力，是以電能轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能，電力才是原動力。
此外，熱力機(jī)械是燃燒掉各種燃料而做功，空氣發(fā)動機(jī)就理所當(dāng)然地要消耗壓縮空氣做功，即便是液氮動力發(fā)動機(jī)也是消耗液態(tài)氮而做功。這就混肴了空氣發(fā)動機(jī)與燃?xì)鈾C(jī)性質(zhì)上存在根本區(qū)別。正確的設(shè)計，充分發(fā)揮空氣內(nèi)能對外做功而不消耗空氣，使空氣在封閉系統(tǒng)內(nèi)往復(fù)循環(huán)做功是完全可能的。
而空氣動力中心作為非盈利性組織，也一直在探索壓縮空氣發(fā)動機(jī)的應(yīng)用，為此他們還充分研究現(xiàn)有傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)的內(nèi)部構(gòu)成，自行設(shè)計出了發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件，一種有別于常態(tài)的異形凸輪軸。
江西機(jī)械科研所高工丁志超教授說，普通的凸輪軸只是類似“桃子”的形狀，而這個零件卻有類似“奶嘴”狀的凸起，因此在高速磨削的情況下，要保證其光潔度，減少發(fā)動機(jī)工作時的空氣流阻，對零件的加工是一大挑戰(zhàn)。
他坦誠，過去要完成這種加工工藝，至少要在兩臺機(jī)床上完成，即現(xiàn)在比較成熟的隨動磨削，加上成形磨削。但如此，由于兩次安裝，加工精度就勢必受到影響。
購買或聯(lián)合研制一臺可以一次安裝，同時完成隨動磨削和成形磨削的機(jī)床就成了石仕亮一段時間的工作重點。而前者，目前市面上根本沒有。不過好在最后他找到了江西杰克機(jī)床有限公司（以下簡稱杰克機(jī)床），雙方達(dá)成合作共同研發(fā)一款新型機(jī)床專門來解決該凸輪軸的加工。
迎難而上
7月6日，一場簡易的發(fā)布會在空氣動力中心舉行，重心就是杰克機(jī)床JKMS8350高效數(shù)控隨動成型磨床通過專家組的鑒定。
中國內(nèi)燃機(jī)協(xié)會邢敏會長宣讀了鑒定意見：鑒定委員會認(rèn)為，“JKMS8350高效數(shù)控隨動成型磨床”的研制是成功的，填補了我國同類技術(shù)和裝備的一項空白，總體技術(shù)具有國際先進(jìn)水平，同意通過鑒定，并建議盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
對此，杰克機(jī)床陳華貴董事長對于專家組給出如此高的評價感到非常振奮，畢竟過去由于技術(shù)的制約，尚未能開發(fā)此類數(shù)控機(jī)床，而在航空、航天、造船、汽車、民用機(jī)械等領(lǐng)域不少零件也都是異形復(fù)合面，因此未來產(chǎn)品市場需求可期。
而且他告訴記者，這臺床子是集合了公司數(shù)十年生產(chǎn)各種型號規(guī)格凸輪軸磨床的經(jīng)驗創(chuàng)新而成，而且通過國家科技部查新國內(nèi)尚未有這種機(jī)床制造，這是首臺，國外也無這類機(jī)床生產(chǎn)。其采用的各項新技術(shù)在國內(nèi)都是首創(chuàng)，如大小磨頭加工異形復(fù)合面技術(shù)、靜動壓軸承高速電主軸、靜壓導(dǎo)軌直線電機(jī)精密進(jìn)給系統(tǒng)、靜動壓軸承高速小砂輪主軸單元、CBN砂輪高速磨削技術(shù)、CBN砂輪精密修整技術(shù)等，CBN砂輪成形磨削技術(shù)這些都是國內(nèi)首臺機(jī)床使用的高新技術(shù)，都是該機(jī)床的創(chuàng)新點。此外解決了這類零件的精密加工，對促進(jìn)重點產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。
杰克機(jī)床技術(shù)負(fù)責(zé)人王玉琢介紹說，該項目有如下創(chuàng)新點：
1.首創(chuàng)在同一臺磨床上采用橫向隨動磨削和縱向成形磨削相結(jié)合的多向異形輪廓面復(fù)合磨削工藝方法，解決了具有小曲率半徑異形凸輪軸工作面的高精度高效率磨削加工技術(shù)難題。
2.研發(fā)了具有四個磨頭13軸數(shù)控的多功能隨動數(shù)控磨床，能滿足多向異形表面的磨削加工要求，為新能源發(fā)動機(jī)生產(chǎn)提供了先進(jìn)的磨削裝備。
3.研發(fā)的液體靜動壓軸承小砂輪和成型砂輪用主軸單元，工作轉(zhuǎn)速高、剛性好，解決了異形面磨削因磨削速度低影響磨削效率的技術(shù)難題；研發(fā)的液體動靜壓軸承內(nèi)置式超高速電主軸，提高了設(shè)備在砂輪最高線速度160米/秒時工作剛性，提高了磨削精度和工作可靠性；研發(fā)的圓柱靜壓導(dǎo)軌、直線電機(jī)精密進(jìn)給系統(tǒng)，提高了機(jī)床的進(jìn)給精度和加工非圓表面時的響應(yīng)速度，提高了磨削精度。
與會專家表示，我國數(shù)控高速隨動磨削技術(shù)及數(shù)控高速隨動磨床研究起步較晚，由于未掌握其核心技術(shù)，目前還主要依賴進(jìn)口。進(jìn)口不但價格昂貴（進(jìn)口1臺加工異形輪廓工件的大型磨床約160萬~180萬美元），而且國外對與國防、航空航天有關(guān)的大型數(shù)控高速隨動磨床限制對華出口，使我國在軍工、航空航天、船舶、大型內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)嚴(yán)重受制于人。因此，掌握數(shù)控高速隨動磨削技術(shù)，開發(fā)出能滿足高效、高精度加工要求“JKMS8350高效數(shù)控隨動成型磨床”并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對支持我國機(jī)械、汽車、軍工、航空航天、船舶、內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)快速發(fā)展、提高國際競爭能力具有重要意義。
