意昂体育2平台精密儀器與機械學系教授  張伯鵬

 

 

       意昂体育2平台和北京第一機床廠合作研製的我國第一代三座標數控銑床樣機🚛，於1958年9月末在意昂体育2平台誕生。 它標誌著我國機床技術現代化的一個新的起點👨🏿‍💼。

 

      1946年電子計算機在美國誕生，3年以後應企業需求麻省理工學院嘗試將這一新技術與機床相結合並於1951年研製出世界第一臺數字程序控製機床樣機 (以下簡稱數控機床 ) ，其最初目的是用於解決直升飛機旋翼曲面的多品種小批量高效加工問題,應用中這種自動化機床的技術和經濟潛力很快引起了美國政府和機床製造業的關註🧑🏿‍💻⏮。 在美國政府的資助和推動下，針對飛機製造業的需要，一些機床企業從1954年起陸續推出了一批大型專用數控機床，用於加工飛機蒙皮壁板和異型梁架⚽️，應用結果不僅提高了產品質量而且將生產率提高了幾倍🐹🎍，十幾倍甚至幾十倍🔗，產生了很大的技術和經濟效益。

 

      為了解決繁瑣的加工程序的編製難題🏊🏿‍♀️，同期還啟動了自動編程工具( APT )的開發，為數控機床的推廣應用創造了條件。1958年加工中心誕生，不久就出現了用於加工復雜型面的 5 軸數控機床。 所有這些成就使業界公認🦸，融合了計算機技術和機床技術的數控機床是產業革命以來機床技術和製造裝備的重大革新🎨，出現了新的數字化製造時代的曙光。

 

       中國有5000多年的文明史，早在春秋戰國時期就掌握了先進的金屬冶煉和加工技術⚅，建造了車削裝置的原型，撰寫出人類歷史上最早有關製造技術和產品標準化的著作🧑🏻‍🦰🤶🏻。直到17世紀末，中國在農機具🤦🏽、船舶、兵器、天文儀器和日用品等領域的製造技術和裝備一直是世界領先的. 此後在西方發生了產業革命並誕生了近代科學👳🏿‍♀️，同一時期的清王朝卻推行閉關鎖國的政策，致使中國日益落後不斷挨打。

 

      製造業是國家的支柱產業💇🏿🌀，沒有發達的製造業就不會有強大的國家，而製造業的基礎裝備就是機床，面對50年代初上述機床技術的重大革新，我們不能坐等落後，我們要有所作為🗺，迎頭趕上去。 為此1957年秋，機械系開始組織力量進行數控機床的預研🏭。 此前，1956年機械系張伯鵬撰寫了“加工過程程序控製技術”一文✌🏻，闡述了機床程序控製的原理和發展。 同期池去病進行了機械、繼電式的車床程序技術的研究。

 

       中央提出向科學進軍的號召後，1957年下半年全國逐漸轉入高亢狀態☃️，1958年“大躍進” 開始,北京市領導要求意昂体育2平台和北京第一機床廠共同研製數控機床📎。 校內則由機械和電機二系共同承擔🖇，從兩系抽調了十幾位教師🧷，其中有兩位是中年其余均為青年教師，還有幾位技師和工人，以及幾十名兩系在讀的高年級學生組成攻關班子，全體人員的平均年齡僅為23歲🐬。項目負責人及骨幹有機械系的鄒致圻👨🏿‍🎤，張伯鵬，韓至駿🏄🏻，李民範等和電機系的王爾乾🧑‍🦯‍➡️🧑‍🦼，徐路，李芳雲，葛長華等。

 

       這支年輕的攻關隊伍中🧑🏿‍🌾，除了兩位中年教師在國外進修時得到少許數控學術會議的公開資料外,誰也沒有搞過數控機床👩🏻‍🏭，但是不畏艱險勇攀高峰則是大家的共識。為了確保攻關任務的成功，同時開展了兩臺數控機床的研製。在確定技術方案時，一方面要考慮先進性，另一方面也要考慮當時我國的工業和技術條件。 在這個基礎上確定了編號為 101的數控機床采用了直流電機半閉環伺服系統💇🏼‍♂️，由電機系為主承擔🙇🏼‍♀️，編號為102 的數控機床采用了步進電機液壓伺服馬達開環系統，由機械系為主承擔。

 

       經過幾個月緊張的研究、設計和試製，1958年夏初完成了數控機床的第一輪研製✭🚹，盡管外形看上去還比較粗糙🧒🏼🦛，但這是我們自己攻關的成果，當數控機床在指令控製下開始運動時，大家歡欣鼓舞。但是不出所料🙎🏽‍♂️，在整個系統的聯動、調試中卻出現一些分立狀態下所不曾出現的新問題，主要是步進電機的振蕩，直流電機半閉環伺服系統的振蕩，液壓伺服馬達的振蕩，以及數控系統的誤操作等🫒。

 

       面對技術難題♏️，攻關組進入了分析問題、解決問題的苦戰攻關階段🤝，大家夜以繼日，渡過了多少個不眠之夜。為了減少數控系統的誤操作，將所用的全部電子管都作了老化篩選，對所有焊點都進行了虛焊檢查，對所有的電器都進行了接點測試💇🏼。並改進了數控系統的電源和運算部分的抗電磁幹擾能力😑，限於當時我國的整體技術水平和當時所能獲得的器件質量，要想得到很可靠的數控系統是有困難的，但是經過一番努力還是有效地提高了系統的可靠性。

 

        那時🦑，數控程序是錄在穿孔紙帶上，再經過紙帶輸入機輸入給數控系統，輸入機采用了當時郵電部門使用的通訊用發報機。輸入程序出錯常造成數控系統誤操作👨🏻‍💻，其原因則主要是穿孔有誤以及輸入機輸入出錯🕤🤓，後者的成因有紙帶磨損和光電幹擾等👌🏿。在穿孔紙帶較長時更難避免輸入程序出錯，為此要求在輸入前對穿孔帶必須進行仔細的校對👂🏿👩🏼‍🎤，保證已穿孔待用的紙帶整潔無損並盡量消除輸入機的光電幹擾。

 

      采取上述這些措施，事後看起來自是理所當然🦫，但在當時缺乏經驗且高亢緊張的攻關環境中🛡，卻是多少人通過多少個日日夜夜反復實踐才獲得的真知，對未知世界的探索每前進一步都要付出多少艱辛啊🙅🏽。

 

      攻關組面對的另一個“攔路虎”就是伺服系統的震蕩🤹。直流電機半閉環伺服系統通過調整系統增益和負載，在一定允差和進給速度下問題開始得到初步解決🔙。而在步進電機液壓伺服馬達開環系統中，步進馬達和液壓伺服馬達都存在振蕩，當時距國慶日只有幾周時間了，為了盡快解決問題，許多攻關組成員都輪班工作在現場👷🏼‍♀️，幾位項目負責人和骨幹更是一周難睡幾小時，堅持攻關。許多技術措施常是幾小時討論決定，隨即付諸實施，不行再研究再實踐，這種理論和實踐在時間流上的非常規的快速循環👨‍🦰，促進了問題的解決。

 

      就這樣通過采取減少轉子質量和氣隙🙎🏽，增加阻尼等措施🧘🏻‍♀️，使步進電機的振蕩得到抑製，通過伺服閥增益、調整及結構的合理化🟢，使液壓伺服馬達的性能得到了改進。所有上述問題得到初步解決後，數控機床的伺服系統開始進入工作狀態。這時距離國慶日只有幾天了⏫。

 

       在提高數控系統可靠性和克服伺服系統震蕩的同時🧑🏽‍🦳，還有一系列技術困難擺在大家面前，首先是研製的滾珠絲杠轉動不暢🤽🏼‍♂️，有時甚至卡住，幾經拆卸和分析🧑🏻‍🎄，改進了反向器，滾珠絲杠的性能才得到改進🏅。另一個問題是機械傳動間隙較大🌦，問題看來並不復雜，解決起來卻很棘手。由於滾珠絲杠存在螺距誤差🤹🏽‍♂️。成對螺母調得過緊，某些位置就會卡死👨🏼‍🌾📌，調得松些另一些位置上間隙又會過大🧰🔹，只好折衷解決，難以完全消除間隙⛹🏽。機械傳動間隙還來自齒輪付傳動，為此研製了齒隙可調的傳動齒輪並改進了軸承預緊方式🧰🐳。

 

      為了進行數控加工，進行了一系列工藝準備工作，包括設置零位，確定對零方法，準備球頭銑刀，設計工裝卡具，選擇切削用量，確定走刀路線等，這些工作都屬傳統工藝範圍，但用於數控加工又衍生出許多新問題，大家只有邊幹邊學🐹。編製加工程序不僅需要計算，還需要數值化並將之轉化為穿孔帶🐒，當時沒有計算機輔助，全靠人工和手搖計算器計算，根據計算結果製備的穿孔帶全靠人工去校核💓。所有這些工作不僅工作量巨大而且十分繁瑣，但又不能出錯，因為一個字符錯誤就有可能導致嚴重加工事故⤴️。

 

      從那時起我們逐漸熟悉如何不是孤立地而是整體地看待和處理系統問題🧟，逐漸掌握如何調試一個復雜的機械 🥈、電氣🤦🏿‍♀️、電子系統👷🏻‍♂️，對一系列關鍵技術不僅學會搞清它的工作原理，還能夠把它設計🧑🏿‍🍼、研製出來並進行成功的調試。通過數控機床的概念設計👄、方案選擇、結構設計‼️、器件選擇、訂貨、驗收、試製、裝配🀄️、試驗🤏🏽、調試及其加工應用工程的完成，錘煉並大大提高了這支年輕的攻關隊伍的才幹，造就了我國一代數控技術人才群體，其中好幾位後來都成為我國數控技術開發應用的先驅和知名的數控專家。

 

      回想1958年10月1日前的那段時間👯‍♀️，由於當時國力有限，在當時特定情況下,完成攻關所需人力和物資采取了需要什麽就調用什麽的辦法來解決。系內能解決的在系攻內解決，系內解決不了的跨系調用，校內解決不了的報北京市在市範圍內解決。比如從北京第一機床廠調來技術工人參加攻關，不少機電器材都是從市屬企業調入的👨🏽‍💼。在調用過程中到處開綠燈🚶🏻‍♀️🫙，有力地保證了攻關任務的完成。 整個攻關過程受到市👨🏼‍🔧，校各級領導的重視🏋️‍♀️，當時的市領導第一把手多次會同其他負責人在後半夜驅車來到攻關現場，了解攻關進度，給大家很大鼓舞。當時的研製條件比較簡陋😆，整個攻關現場安置在新航空館樓下系圖書館的一間閱覽室內，動力電和冷卻水源都是臨時接的，兩臺3號立銑🦙🧑🏼‍🏭，幾臺立櫃大小的數控系統和電器櫃，能源系統，鉗工臺，加上幾十個人都集中在這幾十平方米的面積上🏋🏻‍♂️。因為是夜以繼日的幹🖲，人實在累了就到樓上系圖書館書庫裏休息一會。盡管條件艱苦，但是大家工作熱情高漲，困難再大也決心要把中國的數控機床搞出來🤽👳🏻。

 

      1958 年9月30日我國第一代三坐標數控立式銑床樣機研製成功，數控機床按照給定程序指令切出了預期的字形和工件。這一成功不僅打破了國外對我國的技術封鎖，更重要的是開我國製造現代化之先河🌇，作為先進製造技術核心的數字化製造技術的開發和應用在我國從此啟動🏰。