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服务新能源发动机行业 新型磨床诞生

2014年08月11日 11:26中国机床商务网点击:4466

  【中国机床商务网 国内新闻】如何更好地加工一件长1.2米、直径0.5米的异形凸轮轴,一度让中国城市科学研究会、城市空气动力交通技术中心(以下简称空气动力中心)朱仕亮副主任颇为头疼。
  
  “我们的朱副总,为了解决这个问题,不仅了解国内磨床加工制造的现况,也去国外考察了几个企业,但都没有现成的机床适用,这严重影响了我们所新能源发动机的研发进程。”
  
  说这话的是空气动力中心的祖明主任。他告诉中国工业报记者,该所目前已试验研究开发出一种压缩空气发动机,它不烧油、不烧气,利用压缩空气作动力替代原有的烧油、烧气发动机,取得了重大技术进步,但该发动机的异形零件采用传统的装备无法加工,要使该发动机能批量生产,开发研制能加工这种零件的关键设备势在必行。
  
  探索 创新
  
  祖明表示,近几年来,大城市的雾霾天气,严重影响人们正常的生产、生活、工作和身体健康,特别是汽车尾气是重要的污染源,已严重污染了城市的空气,人们都非常期待蓝天白云。为此,开发一种对环境没有污染的发动机替代传统的发动机已势在必行。
  
  为此,除了进行电动汽车的尝试外,国内外相关单位也在积极开展压缩空气发动机的研发。
  
  据了解,法国机械工程师内格尔于1996年首个制造了第一台压缩空气发动机,1999年创办了MDI公司,十几年来一直研究改造以空气能为动力的发动机用于汽车上。2011年6月,第十四届中国北京国际科技产业博览会上国内某企业也推出两款空气动力发动机。
  
  但配置该发动机的汽车在城市行驶,必须建立许许多多高压空气动力加气站(40Mpa折合为400个大气压力)并且每一个加气站使用高压空气压缩机总电机功率为44kW,均需要大量市电供给,需要大量市政投资建加气站,如此这般以电能转换为压缩空气能经济上非常昂贵,不如直接用电动汽车经济得多。
  
  业内人士表示,考察现有空气发动机技术,存在几个认识上的误区。比如,把空气作为空气发动机的原动力,被使用做功以后,就任意排放到自然大气环境中。实际上使用的都是压缩空气,压缩空气的获得基本上全靠消耗电力,是以电能转换为压缩空气能,电力才是原动力。
  
  此外,热力机械是燃烧掉各种燃料而做功,空气发动机就理所当然地要消耗压缩空气做功,即便是液氮动力发动机也是消耗液态氮而做功。这就混肴了空气发动机与燃气机性质上存在根本区别。正确的设计,充分发挥空气内能对外做功而不消耗空气,使空气在封闭系统内往复循环做功是完全可能的。
  
  而空气动力中心作为非盈利性组织,也一直在探索压缩空气发动机的应用,为此他们还充分研究现有传统柴油发动机的内部构成,自行设计出了发动机的关键部件,一种有别于常态的异形凸轮轴。
  
  江西机械科研所高工丁志超教授说,普通的凸轮轴只是类似“桃子”的形状,而这个零件却有类似“奶嘴”状的凸起,因此在高速磨削的情况下,要保证其光洁度,减少发动机工作时的空气流阻,对零件的加工是一大挑战。
  
  他坦诚,过去要完成这种加工工艺,至少要在两台机床上完成,即现在比较成熟的随动磨削,加上成形磨削。但如此,由于两次安装,加工精度就势必受到影响。
  
  购买或联合研制一台可以一次安装,同时完成随动磨削和成形磨削的机床就成了石仕亮一段时间的工作重点。而前者,目前市面上根本没有。不过好在最后他找到了江西杰克机床有限公司(以下简称杰克机床),双方达成合作共同研发一款新型机床专门来解决该凸轮轴的加工。
  
  迎难而上
  
  7月6日,一场简易的发布会在空气动力中心举行,重心就是杰克机床JKMS8350高效数控随动成型磨床通过专家组的鉴定。
  
  中国内燃机协会邢敏会长宣读了鉴定意见:鉴定委员会认为,“JKMS8350高效数控随动成型磨床”的研制是成功的,填补了我国同类技术和装备的一项空白,总体技术具有国际先进水平,同意通过鉴定,并建议尽快实现产业化。
  
  对此,杰克机床陈华贵董事长对于专家组给出如此高的评价感到非常振奋,毕竟过去由于技术的制约,尚未能开发此类数控机床,而在航空、航天、造船、汽车、民用机械等领域不少零件也都是异形复合面,因此未来产品市场需求可期。
  
  而且他告诉记者,这台床子是集合了公司数十年生产各种型号规格凸轮轴磨床的经验创新而成,而且通过国家科技部查新国内尚未有这种机床制造,这是首台,国外也无这类机床生产。其采用的各项新技术在国内都是首创,如大小磨头加工异形复合面技术、静动压轴承高速电主轴、静压导轨直线电机精密进给系统、静动压轴承高速小砂轮主轴单元、CBN砂轮高速磨削技术、CBN砂轮精密修整技术等,CBN砂轮成形磨削技术这些都是国内首台机床使用的高新技术,都是该机床的创新点。此外解决了这类零件的精密加工,对促进重点产业领域转型升级具有重要意义。
  
  杰克机床技术负责人王玉琢介绍说,该项目有如下创新点:
  
  1.首创在同一台磨床上采用横向随动磨削和纵向成形磨削相结合的多向异形轮廓面复合磨削工艺方法,解决了具有小曲率半径异形凸轮轴工作面的高精度高效率磨削加工技术难题。
  
  2.研发了具有四个磨头13轴数控的多功能随动数控磨床,能满足多向异形表面的磨削加工要求,为新能源发动机生产提供了先进的磨削装备。
  
  3.研发的液体静动压轴承小砂轮和成型砂轮用主轴单元,工作转速高、刚性好,解决了异形面磨削因磨削速度低影响磨削效率的技术难题;研发的液体动静压轴承内置式超高速电主轴,提高了设备在砂轮最高线速度160米/秒时工作刚性,提高了磨削精度和工作可靠性;研发的圆柱静压导轨、直线电机精密进给系统,提高了机床的进给精度和加工非圆表面时的响应速度,提高了磨削精度。
  
  与会专家表示,我国数控高速随动磨削技术及数控高速随动磨床研究起步较晚,由于未掌握其核心技术,目前还主要依赖进口。进口不但价格昂贵(进口1台加工异形轮廓工件的大型磨床约160万~180万美元),而且国外对与国防、航空航天有关的大型数控高速随动磨床限制对华出口,使我国在军工、航空航天、船舶、大型内燃机等行业严重受制于人。因此,掌握数控高速随动磨削技术,开发出能满足高效、高精度加工要求“JKMS8350高效数控随动成型磨床”并实现产业化,对支持我国机械、汽车、军工、航空航天、船舶、内燃机等行业快速发展、提高国际竞争能力具有重要意义。
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