华工科技复杂曲面六轴激光微孔加工装备亮相

“只需2秒钟左右，脉冲激光束就能完成孔径0.3毫米、倾斜角25度的发动机气膜冷却孔加工，”在前不久举行的中国国际机床展和第20届光博会上，华工科技复杂曲面六轴激光微孔加工装备一经亮相就吸引了众多观众的目光。这款“六轴微雕大师”可一次性完成复杂的空间角度加工，解决了航空发动机、燃气轮机的核心部件加工难题，是湖北省打造工业母机产业高地建设第一阶段的“制造翘楚”标志性产品。目前，产品关键核心技术已实现了国产化，并且在给国家的大飞机相关产业作配套。

1打破行业天花板，理想是照亮前路的月光

发动机作为飞机、航天器的 “心脏”，其性能的优劣直接决定了飞行器的战斗力与竞争力。然而，一个棘手的问题长期困扰着行业发展 —— 发动机燃烧室的散热难题。“航空发动机的燃烧室工作时，温度最高可达 2000 摄氏度左右，如此极端的高温，对燃烧室的材料和结构提出了近乎苛刻的要求。”项目研发负责人介绍，为了提高发动机的推重比，防止零部件 “熔化”，可以通过激光加工微小直径、特殊角度的气膜孔，让冷却空气形成一层有效的降温保护屏障。但这一方案的实施，面临着巨大的技术挑战，核心技术被严密封锁。

根据热端部件的特点，华工科技联合华中科技大学、下游企业等多方力量，决定研制出这台复杂曲面六轴激光微孔加工装备，让发动机在快速降温的同时，又能给关键部位穿上“保护衣”。“从五轴到六轴的跃升，不仅是数字的变化，更是制造思维的革新”，研发负责人回忆，2019年初就做了充分的市场、技术调研，走访下游市场，同时项目实施过程中也为技术选型、采购和调试预留了风险时间。

根据技术标准，主要装备精度指标都要求在0.005mm以内，常规装配手段、精度检验手段已不适用。项目组摸索新的装配手法，学习新的高精度检测仪器使用，联合攻克装配技术难关。从理论到实践，从0.5到0.005，从无到有；敢干、肯干、巧干，用正确的方法和有力的执行，去验证、实现设计目标，不断尝试行业的天花板......

2心往一处使，一次即做对

“不同于三维五轴激光切割智能装备，六轴微孔加工设备多一个旋转轴，使其在加工复杂异形微小孔时，能更灵活地调整激光头与工件的姿态，实现更精准的角度控制，同时确保激光脉冲能在恰当的时刻，以合适的能量输出，将激光加工效率发挥到极致”，项目机械工程师介绍，六轴激光微孔加工装备的核心需求是极致精度、长期稳定性和抗干扰能力，精度需要达到微米级，大理石通过其较低的热膨胀系数、良好的稳定性、优异的抗振性等特性，完美匹配了这些需求。

这台定位为高精度的精密机床，采用的是大理石基座，跟普通的金属材料机床相比，大理石机床对设计的要求更高，必须要保证一次性加工完成之后，能满足后续各项工序的要求。为此，团队成员决定一起调研具有代表性的大理石供应商，团队全程跟踪，与供应商交流学习。

经过调研学习，团队发现要保证整机的高精度，仅仅是大理石基座精度高还不够，其它核心元器件也必须选用高精度级别，并通过力学仿真优化设计、关键大件的精密磨削加工以及人工铲刮工艺，与大理石的精度优势做到完美适配，从而实现六轴微孔加工设备微米级的重复定位精度，达到国际先进水平。

“在项目生产装配过程中，装配精度设计指标都在0.001mm数量级，相较常规激光切割机精度0.01mm的数量级，不简单是数学10倍的关系，它是一个质的跃升。”装配负责人介绍，项目Y轴横梁和Z轴立柱为焊接钢构，易变形。于是，装配团队成员通过人工铲刮、研磨，一点点铲刮、研磨，一切都奔着保证“精度”指标而努力。

2023年10月，华工科技航空发动机复杂曲面六轴激光微孔加工装备交付客户使用，发动机的关键零部件在采用了该装备生产后加工精度提升了10%，生产效率提高了15%。

3敢想敢干，行动拓界

追求100%，是每个研发人的“天命”。

突破国外复杂曲面六轴激光微孔加工装备的“卡脖子”关键技术，还有许多难关等在前方.....光学自动对焦控制系统便是一道关卡,它是提高设备精度和零件加工质量的一个必要条件。“光学自动对焦控制系统能在曲面动态变化过程中，确保激光焦点始终精准聚焦于加工表面。”模块研发负责人介绍，

2024年3月份，团队对光学自动对焦控制系统核心技术进入了深入剖析，光学自动对焦控制系统包含光学测距传感器一套和配套控制软件。经过大量技术调研，团队发现市面上大多数传感器都不能与六轴设备相适配，只有同轴光电传感器才能与设备进行适配。“我们能不能根据同轴光电的原理自己研发光学测距传感器呢？”一个大胆的想法在团队成员的脑海中闪现。

敢想敢干，凡事先干起来,解决问题的方法就在解决问题的路上。团队与中国科学技术大学展开了技术合作，一场技术攻关就此拉开帷幕......

“首先，我们根据同轴光电传感器原理搭建了桌面光路系统样机，进行基础原理验证，再将桌面样机进行光学工程样机的过渡。”模块研发负责人介绍，光学就是失之毫厘,差之千里，稍微有一点偏差，获取信号的质量就会受到影响。团队花了4个月的时间分析每一个元器件，不断的测试优化，完成光学传感器工程样机的研制和技术突破，焦点位置精度在0.5毫米以内，达到国外设备同等水平。

“未来，我们将顺应全球激光加工趋势，持续研发世界一流、国内顶尖的高精度多功能激光加工装备，围绕异型复杂曲面构件、难加工材料的高速高精、低损伤激光复合加工需求，开展包括水导激光在内的工业化应用的国产化进程，重点突破“卡脖子”难题，在航空发动机、燃气发电、船舶动力等领域打造应用示范标杆,打造激光加工装备领域世界一流工业母机企业。”项目研发负责人说。

从“被卡脖子”到“握命脉”,这不是终点，而是新征程......