精心组织 协同攻关――记1969年我国第一台数控劈锥铣床的研制成功

 

清华大学精密仪器与机械学系教授  韩至骏

 

      1969年3月我国第一台正式用于生产的数控铣床――XPK01数控劈锥铣床在北京某国防工厂投入生产了，这不仅解决了军工多年来难以解决的技术难题，满足了当时军工的急需，也对数控机床从研制走向生产产生了重大影响。

 

 

      1958年10月我校与北京第一机床厂合作研制成功了我国第一批三坐标联动数控铣床。1962年其中的一台在北京第一机床厂经一年半的调试攻关，创造了连续72小时稳定运行的记录，试加工了60余种几百个复杂工作，积累大量经验和数据。1964年秋首批数控机床通过国家技术鉴定。并获得国家科委三等奖。

 

      另一方面，由于60年代初中苏关系恶化，苏联中断了对我民用及国防工业的一切援助，当时国防口武器瞄准系统中一个核心元件――劈锥，由于形状复杂，制造精度要求很高（例如其中一种劈锥，尺寸仅约f42×42mm，但加工完都必需符合高精度要求，要检测13200个点）当时国防工业系列采取各种办法都未能解决这一难题。在上述例子中加工工厂中专门为此改造了一台精密坐标镗床，4个人一班，三班倒，三年才加工了7个，其中只有一个合格品，一个为半合格品。劈锥是地-地、空-地、海-地火炮瞄准仪中的核心元件，形状复杂，精度要求很高，是当时国防工业常规武器生产中排名第一的待解决的关键课题。因此当时国防工业办公厅，把劈锥制造问题的解决，列为常规武器制造的第一号任务。在这种情况下，国防工业办公厅找到清华党委把研制加工劈锥零件设备的任务交给了清华，并要求在尽可能短的时间（不多于一年）完成任务。

 

 

      任务下来后，首先遇到的问题是究竟设计成什么样的机床，是专用的，还是通用的，是改装还是全新设计。这台机床的精度相当于精密坐标镗床的要求，而且因为刀具直径小，主轴转速高，温升变形怎么解决，进给速度高，伺服电机怎么解决，加工的材料的超耐磨性，要求刀具寿命很高又如何解决？电子管的寿命及可靠性不高，运行于生产环境下是否应研制半导体的NC装置......等都要在很短的时间内，在缺乏资料和经验的情况下解决，怎么办？在校党委及系总支的支持领导下迅速成立以副系主任兼制造教研组主任邹致圻教授为首的领导小组，下设总体组及各专题攻关组，机床设计组，并与电机系协作数控装置的研制。

 

      这是一个“大兵团”作战的队伍，两个系的老师除领导的教授外年龄都在20多岁到35岁之间，加上两个系的学生有近百人参加设计与试验研究。我们深深感到这样一个重要任务，这么多年轻人，这么短时间，如果没有正确的指导思想和技术路线，没有周密的组织与计划，是不可能完成任务的。

 

      经过研究，认为首要的是做什么样的机床，是新设计还是改装？一方面组织去工厂调研，一方面发动群众讨论，改装是最快的，但调研的结果，找不到合适的机型，剩下来就只有新设计了，但设计成什么样的，全通用的当然很好，因为数控加工效率高，我们估计，全年加工不仅可完成劈锥任务，还可以加工工厂内其他零件，但通用的机床设计、加工周期长，不能满足任务需要，经过反复比较终于确定了，设计的机床应以加工劈锥为主，在此前提下尽可能可加工其他零件。我们体会，这一决策非常重要，因为目标必须切实可行，才能为按期完成任务提供基础。

 

      我们在组织与计划时，认真分析和总结我们前几年的工作经验，提出了工作中要提倡大胆创新的同时必需抓严谨的科学作风，凡是新的技术或者技术关键都必需反复试验，才能保证总体（整机）的一次成功。工作中要高标准，严要求，要对国防、对国家高度负责的精神，一丝不苟的工作，在党支部支持下层层动员，党员带头，大家都积极的，带着满腔的热情投入到了工作中。

 

      根据任务需要，成立了总体方案设计组，高速精密主轴组、精密分度部件组，高耐磨刀具研究组、NC装置设计组、程序编制组……明确了任务、负责人，整个工作热火朝天的展开，9003大楼二层夜晚灯火通明，有些房间彻夜不灭。

 

      总体方案组在邹教授带领下去北京、山西有关国防工业工厂研究调研，在山西，我们碰到一件事，给我们留下了深刻印象。在一个兵工厂里，用自行设计的劈锥光学锉床加工劈锥，工人在显微镜下逐点读取加工数据，并用锉刀修锉，这种方法生产率极低，加工精度不易保证，并且一个工人一般干两到三年眼睛就散光了，不得不“退休”换其它工种。但在车间里有一名老工人干得比别人快且眼不花。我们就去找他“取经”，不想遭到厂保卫部盘问，了解后才知道此人是“劳改犯”，但因为当时任务紧迫，不得不让这个“劳改”的老工人出来赎罪立功，参加到任务中来。

 

      调研回来以后进行了政治动员，总结了过去的经验。首先，总体设计方案要好；另外，要解放思想不能瞎干，凡是没有把握的元部件和新技术都坚持在实验的基础上再设计投产，并及时总结争取一次成功。但工作进行还是很艰苦的，一是高精度的元器件，由于西方封锁买不到，而国内又不能生产，只有自己动手改造设备，精化机床自己加工，为保证机床精度和寿命采用很难加工的材料做机床导轨，为了达到微米级的精度工人硬是用刮刀刮，有的师傅一天刮下来刮刀顶在腿上起了泡，皮都破了仍坚持干下去。由于文化大革命大串联，已经没有继续干下去的工作环境，仅凭着部分党员、教师和工人对国防事业高度的自觉性和责任感，克服了各种内外干扰，坚持实验和生产。一直到68年初，开始武斗不能进楼，就这样部分党员工人如严师傅等在68年还是坚持干完了这项工作。功夫不负有心人，经过全体同志的共同努力，各个小组的积极协作，终于于1969年成功地完成了这项任务。

 

       XPK-01数控劈锥铣床是2.5坐标开环数控铣床，除用于加工劈锥外，还可用于加工精密空间及平面凸轮。该机床属于高精密数控铣床。机床几何精度为微米级，综合加工精度A0.03。该机床是我校数控科研成果首次成功用于国防生产，也是我国数控机床用于生产的首例，生产效率较常规方法提高几十至几百倍，并且100%符合设计精度要要求，在国防生产中引起重大反响，也为促进我国数控机床研究用于生产起到重要影响。