科技日?qǐng)?bào)記者 魏依晨
“你們的機(jī)床在全國(guó)兩會(huì)期間‘出圈’了。”一位慕名而來(lái)的客戶說(shuō)。4月26日，在北京舉行的第十九屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，江西佳時(shí)特?cái)?shù)控股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“佳時(shí)特”）的展位吸引了不少人駐足。
今年全國(guó)兩會(huì)江西代表團(tuán)開(kāi)放團(tuán)組活動(dòng)上，民營(yíng)企業(yè)佳時(shí)特研發(fā)突圍的故事，成為江西省科技廳廳長(zhǎng)宋德雄答記者問(wèn)的開(kāi)篇，引出了這個(gè)中部省份的創(chuàng)新歷程。
“為了不受制于人，不看別人臉色，我們要做屬于國(guó)人自己的高端數(shù)控機(jī)床。”佳時(shí)特副總經(jīng)理李莉告訴科技日?qǐng)?bào)記者，他們從零起步開(kāi)啟高端數(shù)控機(jī)床研發(fā)制造之旅，直到跨越“微米鴻溝”，研制出重復(fù)定位精度達(dá)0.4微米的產(chǎn)品。
這條路，佳時(shí)特走了整整20年。
變修機(jī)床為造機(jī)床
機(jī)床，被稱為“制造機(jī)器的機(jī)器”，是新型工業(yè)化的核心競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)起步晚，高精密數(shù)控機(jī)床主要依賴進(jìn)口。
2003年，劉華憑借一手維修進(jìn)口機(jī)床的絕活兒，成為中航工業(yè)江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司最年輕的技術(shù)專家。那時(shí)，國(guó)產(chǎn)機(jī)床以中低端產(chǎn)品為主，高精密數(shù)控機(jī)床幾乎是國(guó)外品牌的天下。進(jìn)口機(jī)床不僅價(jià)格貴、維修難，用起來(lái)也受約束。劉華回憶道：“要是使用地址跟下單的不一樣，人家就遠(yuǎn)程鎖機(jī)。”
“關(guān)鍵裝備，必須自己造！”2004年，劉華創(chuàng)業(yè)成立佳時(shí)特，立志打造自主高精密數(shù)控機(jī)床。
李莉說(shuō)，企業(yè)初創(chuàng)期，他們一邊靠維修機(jī)床和加工精密零件兩類業(yè)務(wù)穩(wěn)步推進(jìn)，一邊在國(guó)內(nèi)外考察，籌備后續(xù)發(fā)展。為盡早攻克“卡脖子”技術(shù)，3年時(shí)間里，企業(yè)把大半營(yíng)收都投入到技術(shù)研發(fā)中。
那段時(shí)間，車間常徹夜通明。劉華和團(tuán)隊(duì)成員反復(fù)調(diào)試主軸、精心研磨工具、仔細(xì)銑削零件，還不斷調(diào)整工藝、開(kāi)展大量實(shí)驗(yàn)優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……
2007年，佳時(shí)特變身成功，業(yè)務(wù)從單純的修機(jī)床轉(zhuǎn)型為造機(jī)床——自研出首臺(tái)精度達(dá)10微米機(jī)床。這一成果，讓佳時(shí)特堅(jiān)定了在機(jī)床制造領(lǐng)域深耕的決心。
又經(jīng)過(guò)6年努力，2013年，佳時(shí)特研發(fā)出首條自動(dòng)化生產(chǎn)線，將機(jī)床精度提升至8微米。
繞開(kāi)傳動(dòng)技術(shù)“攔路虎”
精度達(dá)到了8微米，問(wèn)題也隨之而來(lái)。傳統(tǒng)的絲桿傳動(dòng)技術(shù)，成為升級(jí)路上的“攔路虎”。
國(guó)外機(jī)床主要采用絲桿傳動(dòng)的技術(shù)路線，有著數(shù)十年的技術(shù)積累，在高精密絲桿、高精密軸承等方面優(yōu)勢(shì)巨大。
此外，以美國(guó)為首的多個(gè)國(guó)家簽署了限制出口物資的《瓦森納協(xié)定》，其中一條就是重復(fù)定位精度達(dá)到1微米的機(jī)床，被嚴(yán)格限制向中國(guó)大陸出口。
“沿著國(guó)外技術(shù)路線搞研發(fā)，等于走進(jìn)死胡同。”佳時(shí)特首席研發(fā)工程師張軍說(shuō)。
在劉華一籌莫展之際，華中科技大學(xué)機(jī)械工程專家給出了一個(gè)突破口：用直線電機(jī)替代傳統(tǒng)的絲桿螺母。基于類似“磁懸浮”的理論，原本的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性和精準(zhǔn)性隨之提高。
2015年11月，佳時(shí)特建立院士工作站，組建了一支40多人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用研究。經(jīng)過(guò)8個(gè)月的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機(jī)床的機(jī)身易受溫度影響，造成形變。這樣一來(lái)，焦點(diǎn)問(wèn)題就變成如何對(duì)機(jī)身材料進(jìn)行優(yōu)化。
什么材料能做到影響最小？經(jīng)驗(yàn)豐富的專家靈機(jī)一動(dòng)，“為什么不試試把鑄件機(jī)身?yè)Q成大理石？”因?yàn)樵跍y(cè)量?jī)x器及其他領(lǐng)域中，大理石憑借物理特性和穩(wěn)定性，成為制造和檢測(cè)環(huán)境中的“常客”。
不但換上了大理石材料，團(tuán)隊(duì)還采用了溫度補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)。果然，溫度對(duì)精度穩(wěn)定性的影響被控制住了。
除此之外，團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新性地將車、銑、磨3種工藝集成于一臺(tái)機(jī)器上。這樣不僅提升了效率，還避免了零件在不同機(jī)床間取、運(yùn)、裝造成的精度誤差。
2017年1月，采用直線電機(jī)直驅(qū)技術(shù)的高速高精數(shù)控機(jī)床研發(fā)成功。該機(jī)床全程定位精度達(dá)到2微米，重復(fù)定位精度更是高達(dá)1微米。
自此，一次機(jī)械結(jié)構(gòu)的大膽變革，穿越了絲桿傳動(dòng)技術(shù)的“高墻”。
突破1微米級(jí)精度極限
從10微米到2微米，改變的是機(jī)械結(jié)構(gòu)；從2微米到1微米，則是挑戰(zhàn)行業(yè)的“精度天塹”。
這一跨越不僅要求機(jī)床制造技術(shù)的全面革新，還需在多個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提升，包括技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)制造及質(zhì)量控制等。
“這次面對(duì)的，是一道無(wú)形之墻。”張軍心里清楚，這絕非一家企業(yè)單槍匹馬能完成的任務(wù)。
為此，佳時(shí)特雙管齊下。對(duì)內(nèi)，構(gòu)建集院士工作站、博士后創(chuàng)新實(shí)踐基地和省級(jí)專家工作站于一體的科研體系；對(duì)外，與華中科技大學(xué)、南昌大學(xué)等多所高校建立人才戰(zhàn)略合作，并與華中數(shù)控達(dá)成全面戰(zhàn)略合作。
隨著5G+、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、自動(dòng)化產(chǎn)線的加入，機(jī)床向著1微米、0.6微米的精度前行。
“在微米這種肉眼‘看不到’的尺度，幾攝氏度變化引發(fā)的熱脹冷縮，就能造成嚴(yán)重影響。”江西財(cái)經(jīng)大學(xué)工商管理學(xué)院院長(zhǎng)、專精特新企業(yè)研究中心主任胡海波說(shuō)。
終于在2024年3月，憑借一個(gè)核心零部件的替代，佳時(shí)特攻克了機(jī)床熱脹冷縮帶來(lái)的微米位移難題，打造出定位精度0.6微米、重復(fù)定位精度0.4微米的高速高精數(shù)控機(jī)床，登上了數(shù)控金屬切削機(jī)床這一細(xì)分領(lǐng)域的制高點(diǎn)。
該機(jī)床憑借“超高精度”顛覆性技術(shù)，通過(guò)材料科學(xué)與機(jī)床工程領(lǐng)域的深度融合，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)機(jī)床的性能空白，獲得了廣泛認(rèn)可。
“我們用佳時(shí)特機(jī)床替代瑞士進(jìn)口的數(shù)控坐標(biāo)磨床，不僅成本降低了，加工精度毫不遜色，維修也方便，可靠性還好。”天津兆川泵業(yè)有限責(zé)任公司董事長(zhǎng)王兆和說(shuō)。
“佳時(shí)特將機(jī)床精度做得這么高，其加工零件的精度也達(dá)到了極高的標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足汽車、半導(dǎo)體、航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域的需求。”華中科技大學(xué)教授、華中數(shù)控董事長(zhǎng)陳吉紅評(píng)價(jià)。
“在此次中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，我們還與華中數(shù)控?cái)y手發(fā)布了最新研制的智能立式五軸加工中心。它搭載了全球首個(gè)集成人工智能芯片與大模型的智能數(shù)控系統(tǒng)。”劉華說(shuō)，這一成果意味著，我國(guó)在該領(lǐng)域從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)折點(diǎn)正式到來(lái)。
