“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)動機氣膜冷卻孔加工，”在前不久舉行的中國國際機床展和第20屆光博會上，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)動機、燃氣輪機的核心部件加工難題，是湖北省打造工業(yè)母機產(chǎn)業(yè)高地建設(shè)第一階段的“制造翹楚”標志性產(chǎn)品。目前，產(chǎn)品關(guān)鍵核心技術(shù)已實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并且在給國家的大飛機相關(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)動機作為飛機、航天器的 “心臟”，其性能的優(yōu)劣直接決定了飛行器的戰(zhàn)斗力與競爭力。然而，一個棘手的問題長期困擾著行業(yè)發(fā)展 —— 發(fā)動機燃燒室的散熱難題?！昂娇瞻l(fā)動機的燃燒室工作時，溫度最高可達 2000 攝氏度左右，如此極端的高溫，對燃燒室的材料和結(jié)構(gòu)提出了近乎苛刻的要求。”項目研發(fā)負責(zé)人介紹，為了提高發(fā)動機的推重比，防止零部件 “熔化”，可以通過激光加工微小直徑、特殊角度的氣膜孔，讓冷卻空氣形成一層有效的降溫保護屏障。但這一方案的實施，面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，核心技術(shù)被嚴密封鎖。

根據(jù)熱端部件的特點，華工科技聯(lián)合華中科技大學(xué)、下游企業(yè)等多方力量，決定研制出這臺復(fù)雜曲面六軸激光微孔加工裝備，讓發(fā)動機在快速降溫的同時，又能給關(guān)鍵部位穿上“保護衣”。“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)負責(zé)人回憶，2019年初就做了充分的市場、技術(shù)調(diào)研，走訪下游市場，同時項目實施過程中也為技術(shù)選型、采購和調(diào)試預(yù)留了風(fēng)險時間。

根據(jù)技術(shù)標準，主要裝備精度指標都要求在0.005mm以內(nèi)，常規(guī)裝配手段、精度檢驗手段已不適用。項目組摸索新的裝配手法，學(xué)習(xí)新的高精度檢測儀器使用，聯(lián)合攻克裝配技術(shù)難關(guān)。從理論到實踐，從0.5到0.005，從無到有；敢干、肯干、巧干，用正確的方法和有力的執(zhí)行，去驗證、實現(xiàn)設(shè)計目標，不斷嘗試行業(yè)的天花板......

2心往一處使，一次即做對

“不同于三維五軸激光切割智能裝備，六軸微孔加工設(shè)備多一個旋轉(zhuǎn)軸，使其在加工復(fù)雜異形微小孔時，能更靈活地調(diào)整激光頭與工件的姿態(tài)，實現(xiàn)更精準的角度控制，同時確保激光脈沖能在恰當(dāng)?shù)臅r刻，以合適的能量輸出，將激光加工效率發(fā)揮到極致”，項目機械工程師介紹，六軸激光微孔加工裝備的核心需求是極致精度、長期穩(wěn)定性和抗干擾能力，精度需要達到微米級，大理石通過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。

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

經(jīng)過調(diào)研學(xué)習(xí)，團隊發(fā)現(xiàn)要保證整機的高精度，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別，并通過力學(xué)仿真優(yōu)化設(shè)計、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)勢做到完美適配，從而實現(xiàn)六軸微孔加工設(shè)備微米級的重復(fù)定位精度，達到國際先進水平。

“在項目生產(chǎn)裝配過程中，裝配精度設(shè)計指標都在0.001mm數(shù)量級，相較常規(guī)激光切割機精度0.01mm的數(shù)量級，不簡單是數(shù)學(xué)10倍的關(guān)系，它是一個質(zhì)的躍升?！毖b配負責(zé)人介紹，項目Y軸橫梁和Z軸立柱為焊接鋼構(gòu)，易變形。于是，裝配團隊成員通過人工鏟刮、研磨，一點點鏟刮、研磨，一切都奔著保證“精度”指標而努力。

2023年10月，華工科技航空發(fā)動機復(fù)雜曲面六軸激光微孔加工裝備交付客戶使用，發(fā)動機的關(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，行動拓界

追求100%，是每個研發(fā)人的“天命”。

突破國外復(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)自動對焦控制系統(tǒng)便是一道關(guān)卡,它是提高設(shè)備精度和零件加工質(zhì)量的一個必要條件?！肮鈱W(xué)自動對焦控制系統(tǒng)能在曲面動態(tài)變化過程中，確保激光焦點始終精準聚焦于加工表面?！蹦K研發(fā)負責(zé)人介紹，

2024年3月份，團隊對光學(xué)自動對焦控制系統(tǒng)核心技術(shù)進入了深入剖析，光學(xué)自動對焦控制系統(tǒng)包含光學(xué)測距傳感器一套和配套控制軟件。經(jīng)過大量技術(shù)調(diào)研，團隊發(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)備進行適配?！拔覀兡懿荒芨鶕?jù)同軸光電的原理自己研發(fā)光學(xué)測距傳感器呢？”一個大膽的想法在團隊成員的腦海中閃現(xiàn)。

敢想敢干，凡事先干起來,解決問題的方法就在解決問題的路上。團隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)展開了技術(shù)合作，一場技術(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，進行基礎(chǔ)原理驗證，再將桌面樣機進行光學(xué)工程樣機的過渡?！蹦K研發(fā)負責(zé)人介紹，光學(xué)就是失之毫厘,差之千里，稍微有一點偏差，獲取信號的質(zhì)量就會受到影響。團隊花了4個月的時間分析每一個元器件，不斷的測試優(yōu)化，完成光學(xué)傳感器工程樣機的研制和技術(shù)突破，焦點位置精度在0.5毫米以內(nèi)，達到國外設(shè)備同等水平。

“未來，我們將順應(yīng)全球激光加工趨勢，持續(xù)研發(fā)世界一流、國內(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)用的國產(chǎn)化進程，重點突破“卡脖子”難題，在航空發(fā)動機、燃氣發(fā)電、船舶動力等領(lǐng)域打造應(yīng)用示范標桿,打造激光加工裝備領(lǐng)域世界一流工業(yè)母機企業(yè)?！表椖垦邪l(fā)負責(zé)人說。

從“被卡脖子”到“握命脈”,這不是終點，而是新征程......