国产最强五轴数控系统大连科德GNC62对标德国西门子840D——实践为王
国产高端数控机床目前只有大连科德和北京精雕两家公司。精雕主要是面向手机和通信产品的专精特新,科德则是直面卡脖子通用高端五轴联动数控机床。
科德数控地下厂房在2012年底建成并投入使用。车间建在地下14米,地基坐落在坚固的岩石层,并在底部浇筑了1.2米厚的混凝土,周边马路上重型卡车经过也不会造成颤动,以确保其生产的五轴数控机床的高精度。
从地面下降约五层楼的深度后,电梯门打开,迎面是一条数十米的长廊,在长廊尽头,是目前全亚洲最大的地藏式工厂。和地面一年四季的温差不同,这里长年保持在22摄氏度,恒温恒湿。
一:官媒报道
新华社报道标题:《自力更生、自主创新 ——探访地藏式工业母机制造工厂》
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“我们所站的位置是一座地藏式工厂的房顶。工厂建在下面14米深处,可常年保持恒温恒湿……”走进位于大连市金普新区的机床生产企业科德数控厂区,总经理陈虎一边带领记者来到一块宽阔的场地,一边向记者介绍。
这座面积达25万平方米的地下工厂,建设时挖出的土石方约700万立方米。之所以如此大费周章,是因为厂房内生产的高档数控机床,对零部件加工环境要求异常苛刻,湿度、温度的微小变化,都会影响到机床生产精度,因此必须保持恒温恒湿状态。
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CCTV央视《亚洲最大地下生产工厂里的“中国创造”》节选:“”
集团董事长 于德海:我们现在脚下的地方,地下14米处,就是我们占地面积25万平方米的地下工厂,相当于30多个标准足球场大小。其实,之前在2012年就已经建了一个一万多平方米的地下厂房,但现在这座规模更大、使用的新技术更多。
于德海口中的企业新建地藏式生产工厂,便在这片草坪之下。这座亚洲最大恒温恒湿的高精度生产车间,正用于生产企业自主研发的高端数控机床。于德海介绍,高端机床生产过程必须要恒温环境,通常1米长的金属由于热胀冷缩,其自身温度每变化1摄氏度,长度就会随着变化12微米,高端机床要求定位精度控制在3到5微米左右,因此温度不稳定便会造成零件变形从而难以匹配设备。一台机床有上万个零件,制造环境的温度要求至关重要。而将工厂设在地下,是通过高效的新型节能调控方式来实现恒温恒湿,完成机床产品的精密制造。
集团董事长 于德海:地下常年的温度14摄氏度,我们用了空气源热、太阳能等设备,整个系统,就完全由大数据实现智能化管理。整个工厂常年温度能保持在24.5摄氏度,每天的波动小于0.1摄氏度,湿度则在55%到60%之间。重要的是,相同规模的地面厂房,每年要花费数千万元的空调费,地下每年在控制温度方面只需要不到百万。”
二.山崎马扎克(MAZAK)
山崎马扎克,把高精密激光加工机工厂建在地下
2008年日本最大的机床厂商山崎马扎克4月3日公开了其新建的地下机床工厂. 该工厂位于地下17m深,用于组装为飞机及汽车制造部件的激光加工机.与建在地面上相比,地基更加稳定,因此振动较小,可提高组装精度,而且也不易混入尘埃。
山崎马扎克OPTONICS是山崎马扎克(MAZAK)负责生产激光加工机的生产子公司,位于日本岐阜县美浓加茂市,拥有一座位于地下17米(包括地基)的总地板面积约10000㎡的组装工厂。
山崎马扎克OPTONICS认为,地下工厂有三个优点:
第一,低振动且恒温,能提高激光加工机的组装精度;
第二,在地下工厂组装能够缩短投产准备期;
第三,粉尘很少
三.日本冈本工作机械制作所(okamoto)
冈本工作机械制作所(okamoto)是世界上最大的一家综合磨床生产商和世界上唯一一家可以提供磨削整体解决方案的磨床制造商。
1982年,okamoto在日本建立安中工厂。这座工厂为半地下完全无窗厂房,厂内进行严格的温控管理。屋顶和墙壁采用双层构造,在中间加入隔热材料,并且工厂内墙设置高达5米的混凝土,墙外堆积4.15米高泥土,充分保证工厂整体的恒温控制。工厂设定温度为夏天26℃,冬天20℃,全天变化为±1℃,充分保证了机床的生产精度。
2007年,okamoto研制出世界上最大的超精密双柱磨床UDG10035NC ,它搭载了okamoto看家本领之一的可变静压导轨系统,开发它的主要目的是力求更精确 更效率的抛光大尺寸半导体元件(液晶面板 光掩膜 光罩等)。
四.三丰生产1nm光栅尺和最高精密精密测量机
三丰光栅尺(最高分辨率0.001um)
目前世界最高精度三坐标,三丰LEGEX 9106,使用自己的光栅尺。
超高精度:长度测量误差(MPP-310Q):E0,MPE=0.23+0.7L/1000(μm)
三丰有自己的地下工厂,保证“工业母机之眼”超高分辨率光栅尺生产以及超高精度精密测量机生产。
四.杂谈
对于研发超高精密测量机,研发超高分辨率光栅尺,需要保持常年保持恒温恒湿,少粉尘,目前只有地下基地可以保证。要研发高精度的测量机,必须有严格的装配环境特别是检测环境。海克斯康鼓吹温度补偿万能,而他们的检测环境相当讲究。ZEISS检测温度(20±0.1)℃,另设房中房检测间;LEITZ在地下室内检测固定桥测量机检测温度也是(20±0.1)℃。温度变化0.1℃,金属光栅尺变化1.15μm,长度计量的标准器为量块,截面尺寸35X9,热惯性远大于厚度仅0.2㎜的钢带式的光栅尺,量块长度变化值未知,全为过渡态,补偿无依据。(“桥式测量机目前精度大约5微米(测量1000长度),那么钢铁的膨胀系数11.6,也就是1米长度上,温度变化1°,则长度变化11.6微米,那么,温度变化0.5度,所标称的精度就没有意义了。但光栅尺本身也会跟随温度变化,如果光栅尺贴在测量机上,测量机也是钢铁做的,那么理论上讲,三个轴和零件一样膨胀,误差就抵消掉了。如果光栅尺是悬浮于导轨,不受导轨拉伸的影响,并且光栅的膨胀系数是0,那么温度对CMM本身没有影响。但是对零件仍然会有影响。”)
老老实实的生产车间的温度稳定下来比较靠谱。说到温度补偿,车再好,车子的减震再好,各种高科技自动修正再好,路不好的话,终究跑不快。要想跑快,最简单,还得上平坦的高速公路。
大连科德数控的五轴数控机床,数控系统、伺服驱动器、电机、主轴、转台、刀库,传感器等,全都是自己研发生产。科德机床数控系统是自己的,所有子系统配都是自己的搭配到自己的五轴机床上,自产自用。
大连科德创始人于德海最早搞的公司是大连光洋,本来只想专注做数控系统CNC,结果发现根本行不通,国内没有机床厂让你配套,没有试错迭代机会,于是又搞了科德,干脆机床和关键功能部件都做,才做成功了。已经成为国内稀缺的五轴数控机床+高档数控系统+关键功能部件完整产业制造商,市场占有率逐渐上升。很佩服于德海先生这种劲头,1998年就创办了大连光洋,到2008年又创办科德数控,这十年估计是压力巨大的,没有形成赚钱的商业模式,但有一个不服输的精神。又潜心打磨了7年,到2015年将高端五轴联动数控机床及其高档数控系统、关键功能部件等数控主营业务全部整合入科德数控,开始走上发展快车道。这之前,主要是承担重大专项,能心无旁骛做这种市场回报很慢的产品研发,确实很不容易。
有一个技术专家值得关注,就是本硕博都是清华机械的陈虎博士,人家校友们或出国或到鹅厂菊厂挣快钱,或当公务员,他可好,一头扎到当时还不知名的数控公司,按现在说法是一手好牌要打的稀烂了,可人家一干就是15年,把所学充分发挥出来。说实在的,在鹅厂菊厂甚是深圳中学,清北博士并不少见,但在装备制造企业,还是非常少的,但一个超强的技术专家又至关重要,搞高端数控,需要这种级别的大脑。
国内机床精度,这一块,这几年发展很快,光刻机一旦成熟,机床也会顺势同步升级。国家集中发力的优势,是做好这一步,再面对下一步。欧美精英特权的优势,只要你能冲,就一直可以往前冲,直到你无法再冲为止。中国体制,重全部,重局部。欧美体制,重局部,兼顾全部。问题就是能兼顾到就兼顾,兼顾不到就算了。日本的方式,实际上兼顾了两个方式。先突破一点,然后逐步强化力量,直到完整突破。