潘老也饶有兴致地看着,虽然不是船舶零件,但原理是相通的。如果这台机器能啃下钛合金航空件,那加工航母上那些高强度特种钢的複杂构件,也应该不在话下。
小王接过存储介质,深吸一口气,手指在“红星”系统的键盘上快速敲击,将程序导入系统。
屏幕上,零件的三维模型和刀具路径模拟清晰地显示出来。
这是“红星”系统首次在如此多高级别专家面前亮相,小王感觉自己的手心都在冒汗。
“报告姜总师,工件装夹完毕,激光对刀完成,刀具补偿已输入。”他长上前一步,沉声报告。
他们使用了姜晨为他们提供的接触式探头和早期激光对刀仪,确保了初始定位的绝对精准。
“嗡——”高速电主轴,这也是国产化的关键部件之一,初期性能指标有所保留,发出平稳而有力的啸叫,迅速达到了预设的转速。
紧接着,一股压力高达70bar(大气压)的乳白色金属切削液,如同高压水枪般,精准地从主轴中心喷射而出,直接浇淋在即将接触工件的多刃硬质合金立铣刀刀尖上,瞬间腾起浓密的白色水雾。
这种中心出水冷却方式,能最有效地将冷却液送到切削区域,降低温度,冲走切屑,对于加工钛合金至关重要。
“一切正常,准备就绪。”小王的手指悬停在绿色的“循环启动”按钮上,等待着最后的指令。
整个厂房落针可闻。所有人都屏住了呼吸,心脏提到了嗓子眼。
“开始加工!”姜晨下令。
随着小王颤抖着按下按钮,历史性的时刻到来了!
巨大的龙门带动着主轴箱,快速而平稳地移动到加工起始点。动头以一个精确计算好的複合角度倾斜到位。高速旋转的立铣刀,带着一往无前的气势,终于,轻轻地、试探性地,接触到了那块闪烁着银灰色金属光泽的钛合金毛坯表面。
“滋啦——!!!!!”
一声比之前任何一次试切都要响亮、尖锐、甚至可以说得上是“惨烈”的金属切削声,猛然响起!
与此同时,一连串耀眼的、如同电焊般的蓝紫色火星,夹杂着被瞬间汽化蒸腾的冷却液白雾,从刀具与工件接触的区域猛烈喷溅而出!钛合金的“倔强”,在与高速旋转的硬质合金刀具碰撞的第一刻,就展现得淋漓尽致!
第一次真正的“雕刻”,以一种极具视觉和听觉衝击力的方式,正式开始!
所有人都下意识地向前凑了凑,恨不得把脸贴在厚厚的防弹级聚碳酸酯观察窗上,目光死死地锁定着那团被火星、水雾和飞溅的银灰色金属屑笼罩的加工区域。
“红星”系统开始展现它的“智慧”。控制下的五个坐标轴(x,y,z,b,c)如同被赋予了生命,开始了复杂而又异常协调的联动。
工作台在x、y方向上平稳移动,龙门横樑带动主轴箱在z方向上下起伏,而b/c摆动头则如同灵巧的舞者,不断地、精确地调整着刀具的姿态,驱动着那把高速旋转的铣刀,如同技艺最高超的雕刻家手中的刻刀,在那块坚硬、粘韧的钛合金上,按照预设的复杂路径,一层层地“剥离”掉多馀的材料,逐渐勾勒出零件的轮廓。
切削的声音始终没有停歇,时而因为切削深度加大而变得高亢刺耳,如同厉鬼尖啸;时而因为进行侧面精铣而变得相对低沉平稳,如同猛兽的低吼。
但总体来说,还算在可控的范围之内。
控制屏幕上,实时显示的刀具实际运动轨迹(通过光栅尺反馈)与程序预设的理论路径,几乎完美地重合在一起,误差被控制在微米级别。
“看看起来好像还行?”一位机械部的领导观察了半天,看到加工过程似乎比较顺利,忍不住小声问旁边的周教授。
他虽然不懂具体技术,但也能感觉到,这台机器跑起来似乎比以前见过的国产机床要“稳”得多。
“现在只是开粗,去除大部分馀量,对精度要求相对不高,主要考验机床的刚性和功率。”周教授紧盯着屏幕上的主轴负载和各轴跟随误差曲线,额头上已经渗出了细密的汗珠,低声回答,“真正的考验在后面,等进入半精加工和精加工阶段,特别是那些复杂曲面和薄壁结构的加工,那才是对系统算法和伺服控制的终极检验。”
周教授的话音未落,异变突生!
当加工程序进行到一个需要刀具进行大角度倾斜、採用螺旋下刀方式铣削一个深腔内侧复杂曲面时——这是一种典型的五轴联动加工难点,对机床动态性能和控制算法要求极高——刺耳的警报声突然响起!
“嗡嗡嗡——嗡嗡嗡——!!!”
一种尖锐的、不规则的高频震颤声猛然从加工区域传出,声音之大,甚至盖过了主轴的啸叫!
与此同时,控制屏幕上的主轴负载曲线瞬间飙升,如同心电图般剧烈跳动!透过观察窗,可以清晰地看到,那把高速旋转的立铣刀正在剧烈地抖动,如同得了“帕金森症”,在工件表面留下了一道道波浪形的、丑陋的“啃刀”痕迹!
“不好!是切削颤振!!”负责机床本体的老李,这位经验丰富的机床专家,脸色刷地一下白了,失声惊呼,“快!快停机!!”他下意识地就要冲过去拍下红色的急停按钮。
切削颤振是高速加工中的“癌症”,一旦发生且未能及时控制,轻则损坏刀具和工件,导致零件报废,重则可能损坏主轴甚至导致机床结构损伤!
“等一下!”就在老李的手即将触碰到按钮的瞬间,姜晨的声音冷静地响起,制止了他,“问题不大!不是机床刚性问题,是切削参数进入了不稳定区域,与系统固有频率产生了共振!别停机,停机再启动找回加工点更麻烦!小王,立刻执行‘颤振抑制’预案b!”
姜晨的语速极快,但指令清晰无比:“主轴转速立刻降低百分之十,调整到7200转!进给速度同步降低百分之十五!同时,启用系统内的‘变螺距铣削’宏程序,让刀具在小范围内随机改变切削角度!加大中心出水冷却液的流量和压力!”
“是!”小王虽然也吓得不轻,但对姜晨的指令有着近乎本能的信任,他的手指在键盘上飞快操作,几乎没有丝毫犹豫。
奇迹发生了!
几乎是在新的切削参数和“变螺距铣削”宏程序(这是姜晨根据系统提供的先进工艺知识,预先编写好并集成到“红星”系统中的“绝活”之一,用于破坏颤振产生的周期性条件)生效的瞬间,那刺耳的、令人心悸的震颤声,如同被掐住了脖子的鸭子,戛然而然而止!
主轴负载曲线迅速回落到平稳的区间,刀具的抖动消失了,切削过程重新变得平稳流畅,只是切削的声音变得略微有些变化。
虽然工件表面留下了一道无法完全消除的瑕疵(后续精加工可以修复一部分)但一场可能导致严重后果的危机,就这样被硬生生地“压”了下去!
在场的所有专家都惊呆了,看向姜晨的眼神充满了震惊。
切削颤振是世界级的加工难题,涉及到刀具系统、工件系统、机床结构系统的複杂动态耦合,其产生机理极其複杂,预测和抑制都非常困难。即使是经验最丰富的老师傅,遇到颤振往往也只能靠反覆试错来调整参数。
而姜晨,竟然能在颤振发生的瞬间,仅凭听声音、看数据,以及他那超越常人的直觉,就准确判断出问题的性质,并给出如此精准、甚至带有“黑科技”色彩(变螺距铣削)的解决方案?!
这份功力,已经不能用“神乎其技”来形容了,简直就是“开挂”!
他们当然不知道,就在颤振发生的那一刹那,姜晨脑海中的系统,早已根据实时传感器反馈的振动频率、幅值等数据(虽然机床本身传感器简陋,但系统可以通过对现有数据的深度分析和模型拟合进行补偿),结合预存的机床动态特性模型,瞬间计算出了导致颤振的主导模态和最优的稳定切削参数域,并给出了抑制颤振的最佳策略建议。
姜晨所做的,只是将系统的“答案”,用自己的嘴巴“翻译”了出来而已。
加工在短暂的惊魂之后继续进行。
有了这次“教训”,小王和工程师们变得更加谨慎,时刻关注着各项参数的变化。
在接下来的几个小时里,类似的小波折又零星出现了几次。
比如,在加工一个侧面薄壁结构(壁厚不足3毫米)时,由于切削力过大,实时监测的应变传感器(这也是姜晨额外加装的)发出了变形超差预警。
姜晨立刻指导小王调整走刀策略,採用更小切深、更高转速的“轻快”切削方式,并优化了刀具路径,避免了薄壁的振动和变形。
又比如,在进行一个深孔的高速钻削循环时,由于钛合金排屑困难,温度急剧升高,刀具磨损监测系统(同样是姜晨“加料”的)发出了报警。姜晨指导採用了“啄钻”循环(即钻削一段距离后快速退出排屑冷却),并调整了冷却液的喷射角度和压力,成功解决了排屑和冷却问题,保证了孔的加工质量。
每一次遇到问题,每一次化险为夷,都让在场的专家们对姜晨的敬佩加深一分,也对“红星”数控系统的潜力有了更深的认识。
特别是姜晨现场直接修改g代码、优化加减速曲线(s形加减速控制,这在当时绝对是超前理念)来改善特定区域加工质量的操作,更是让周教授和李慧兰等人看得目瞪口呆。
这不仅仅是对加工工艺的精通,更是对数控系统底层运动控制算法的深刻理解!
他们隐隐感觉到,姜晨之前给出的那些“参考代码”,可能还远远不是他全部的“家底”。
这套“红星”系统的潜力,可能比他们目前所理解的还要巨大得多!
潘老和宋老则在一旁看得连连点头,虽然越来越多的技术细节他们已经听不懂了,但他们看得懂加工过程是否顺畅,看得出姜晨那种举重若轻、掌控全局的气度,更看得出这台国产机床在克服一个个难关后所展现出的强大能力。
宋老更是暗自心惊,仅凭听声音、看切屑颜色和形状、再加上一些自己看不懂的屏幕数据,就能对加工状态做出如此精准的判断并给出优化方案,这位年轻得不像话的总师,简直就是个长着人脑的超级加工专家系统!
他对未来“海龙”战机能够用上更多、更好的国产五轴机床来加工关键零件,信心再次暴涨了好几分。他甚至开始盘算着,回去就跟姜晨商量,能不能优先给成飞也弄几台这样的“宝贝疙瘩”。
时间在金属与刀具的交响、冷却液瀰漫的白雾中悄然流逝。
夕阳的余晖已经变成橘红色,透过“鲁班工作坊”的高大天窗,洒落在仍在不知疲倦运转的钢铁巨兽身上,给它镀上了一层温暖的光晕。
终于,伴随着最后一道精加工球头铣刀划过零件表面最複杂的那个自由曲面,留下一道如同镜面般、几乎看不到任何刀痕的光洁轨迹,主轴的转速缓缓降低,最终悄无声息地停止了旋转。
控制屏幕上,绿色的“加工完成”提示符清晰地显示出来,旁边还跳出了一行统计数据:“总耗时:7小时23分15秒。”
“成成了!”
一直紧绷着神经的操作员小王,看到这个提示,感觉全身的力气都被瞬间抽空,他颤抖着声音喊道,几乎喜极而泣。
这七个多小时,对他来说,简直比连续飞十个小时的越洋航班还要累!
一瞬间,原本鸦雀无声的厂房里,爆发出雷鸣般的掌声和欢呼!
所有人都围了上来,目光灼灼地盯着工作台上那个刚刚经历了千锤百鍊、“雕琢”成型的金属艺术品。
技师小心翼翼地松开液压夹具的压力,用专用的吊具轻轻提起零件,然后用压缩空气仔细地吹去残留在复杂型腔和孔洞里的切屑和冷却液。最后,他用一块洁白的、柔软的绒布,如同对待初生的婴儿般,轻柔地擦拭着零件的每一个表面。
一个结构异常复杂、充满了流线型过渡和精密孔洞的钛合金飞机机翼后梁连接加强框,终于完整地呈现在众人面前。
在明亮的灯光下,它闪烁着钛合金特有的、迷人的银灰色金属光泽。
每一个转角都处理得乾淨利落、没有毛刺;每一个曲面都过渡得无比平滑、浑然天成;那些密布的精密孔洞,边缘整齐,内壁光洁。即使是最挑剔的工艺师,也必须承认,这是一件近乎完美的工业艺术品!
“快!上三坐标!测数据!”周启明教授的声音激动坏了,他迫不及待地想知道这件“艺术品”的内在精度。
早已准备就绪的检测人员,立刻用覆盖着软垫的专用吊具,将这个已经被高压冷却液充分冷却的零件,小心翼翼地转移到了旁边恒温恒湿的精密检测室内的三坐标测量仪()的测量平台上。
这台从瑞士进口的、价值连城的高精度三坐标测量仪,是目前国内能够达到的最高形位精度检测手段,其测量精度可以达到微米级。
红宝石测头在伺服电机的驱动下,轻盈地、自动地,开始按照预设的程序,依次接触零件表面的数百个关键测量点——平面、孔位、曲面轮廓
检测室外,所有人都屏住了呼吸,透过观察窗,死死地盯着与连接的电脑屏幕。
屏幕上,一个个代表着实际测量尺寸、形位公差,如平面度、垂直度、位置度、轮廓度的数据,不断地跳出,并与图纸上标注的理论值和公差范围进行着实时比对。
每一次比对结果显示为绿色的“合格”,都会引发外面人羣一阵压抑的低呼。
时间一分一秒地过去,绿色的“合格”越来越多。!”!”!”!”!”
随着检测员一个接一个地、越来越响亮地报出检测结果,压抑的低呼逐渐变成了清晰的欢呼,最终汇聚成了震耳欲聋的掌声!
所有关键指标,全部达标!甚至有几项关键的形位公差和表面粗糙度,达到了优良水平,完全满足甚至部分超越了航空级精密零件的苛刻设计要求!
当最后一个数据报出,检测系统在屏幕上打出醒目的“整体检测结果:合格”的结论时,潘老和宋老再也抑制不住内心的狂喜。
潘老这位见惯了万吨巨轮下水、甚至亲手将航母迎回国门的造船宗师,此刻眼眶通红,他伸出因为激动而微微颤抖的手,小心翼翼地、如同抚摸稀世珍宝般,轻轻抚摸着那个光滑、冰冷、却又凝聚了无数人心血的钛合金零件,口中喃喃道:“做出来了真的做出来了用咱们自己的机床,咱们自己的系统好啊真是太好了”声音哽咽,带着无尽的感慨。
宋老更是直接上前,一把紧紧地、用力地抱住了身旁的姜晨,这位性格一向内敛、沉稳的飞机总师,此刻也激动得难以自持,他用力地拍打着姜晨的后背,声音带着明显的颤音:“小姜谢谢!真的谢谢你!有了它有了这台‘争气机’我们的‘海龙’就能装上更强壮、更精密的骨骼了!我们我们航空人再也不用求爷爷告奶奶,看别人的脸色,等那不知道猴年马月才能到货的外国零件了”泪水,悄然滑落。
在场的所有专家、领导、工程师、技师,无不为之动容。
空气中瀰漫着一种难以言喻的、混杂着汗水、泪水和巨大成就感的激动情绪。这不仅仅是一个零件的成功加工。
这是龙国在高端制造领域,一次石破天惊的、历史性的突破!
是用自主研发的“大脑”指挥自主(核心部件可能仍有引进消化成分)的“身体”,第一次成功“雕刻”出的、真正属于自己的工业皇冠上的明珠!
它雄辩地证明了,“红星”数控系统是可行的!国产五轴联动加工中心是有希望的!龙国工业摆脱“器不如人”困境、实现高端制造自主可控的道路,是走得通的!
姜晨看着眼前这激动人心的一幕,心中也充满了难以言喻的成就感和自豪。他知道,这只是万里长征迈出的坚实一步,后续还有大量的优化改进、可靠性验证、批量生产工艺固化等工作要做。
“鲁班一号”还只是个样机,“红星”系统也还需要不断完善。
但他还是走上前,站在那台刚刚立下汗马功劳、主轴还带着馀温的“鲁班一号”样机旁,面向所有激动的人羣,清了清嗓子,用一种充满力量和自信的声音,朗声宣布:
“同志们!今天,我们用这块坚硬的钛合金,用这毫米级的精度,用这光洁如镜的表面,向全世界证明——‘鲁班’有神斧,‘红星’能领航!”
“我宣布,由我国自主研发的第一代高精度五轴联动数控加工中心样机,首次加工验收——圆满成功!它已经初步具备了小批量生产和应用于国防关键领域複杂零部件加工的能力!”
掌声,如同压抑许久的火山,猛然爆发!欢呼声、口哨声、甚至喜极而泣的哽咽声,汇聚成一股巨大的声浪,在“鲁班工作坊”内久久回荡,几乎要将厂房的屋顶掀翻!
每一个人的脸上,都洋溢着无比的自豪和对未来的无限憧憬。
他们知道,从今天起,龙国的工业脊樑,将因为这些不断涌现的、凝聚了自主智慧的“国之重器”,而变得更加挺拔,更加坚强!