国际制造业的产业转移为中国船舶工业的发展提供了巨大的机遇。但设计能力落后、配套产业发展滞后将是制约行业发展的主要瓶颈。
根据船舶工业中长期规划,中国将重点建设渤海湾、长江口和珠江口三大造船基地。到2010年,中国自主研发建造的主力船舶将达到国际水平,年造船能力达到2300万载重吨,年产量达到1700万载重吨。国产船用设备平均装机率将达到60%以上。“十一五”末,中国造船产量将占世界市场份额的25%以上;到2015年,中国造船产量将占世界总量的35%以上,成为世界级造船强国。
虽然中国的造船能力一直处于世界前列,但造船技术却落后国外先进水平10年以上。特别是船舶配套能力不足,关键零部件依赖进口,成为中国船舶工业发展的瓶颈。船舶关键设备几乎80%需要进口,而日韩自给率超过90%。因此,解决船舶配套设备和关键零部件问题是中国船舶工业发展的关键。
随着船舶工业的发展,机床行业的需求明显增加,这为我国机床行业的发展和提高提供了难得的商机。发展我国船舶工业,必须克服关键船用配套设备进口的瓶颈,提高关键配套设备的自主开发和制造能力。船舶关键配套设备进口瓶颈的主要原因之一是高档重型数控加工设备不能满足船舶关键零部件的加工要求。因此,迫切需要解决制造船舶关键配套设备的高档数控机床,特别是重型、精密数控机床。
中低速柴油机的底座、机架、曲轴、连杆、气缸盖、螺旋桨、舵轴等大型零件的加工是造船企业技术创新设备投资的重点。机座和机座的加工设备主要是数控龙门镗铣床和龙门加工中心,要求龙门宽度不小于8m,定位精度≤0.016/1000mm,重复定位精度≤ 0.01mm,目前中低速柴油机机座和机座的主要加工设备有德国Wadrich Coburg公司的数控龙门镗铣床、国产龙门移动式数控镗铣床和数控立式车床。柴油机低速曲轴加工的主要设备有重型曲轴旋风切削中心、曲轴磨床和卧式车铣中心。加工大型船用螺旋桨的关键设备是五坐标数控龙门铣床和五坐标数控立式铣床。目前韩国有数控龙门铣床,可以加工最大直径11m的螺旋桨;德国和日本生产的设备可以加工最大10.4m的螺旋桨直径;;而国内能加工的螺旋桨最大直径是9m。
柴油机连杆、曲轴、气缸盖的主要加工设备有数控龙门镗铣床、大型数控立式车床、重型数控卧式车床、卧式加工中心。
现代船舶的关键配套设备几何尺寸大、精度要求高,要求加工设备规格大、功率大、扭矩大、精度高。比如目前国内能加工的螺旋桨最大直径是9m。随着大型船舶的发展,需要能加工直径11m螺旋桨的7轴5联动数控车床和铣床,对加工精度和表面粗糙度提出了更高的要求。
现代船舶要求推进效率更高,噪音更低,螺旋桨等关键配套设备加工精度更高。因此,有必要使用车铣复合机床一步完成成形过程。比如通过车削加工轮毂的内孔和螺纹;螺旋桨叶片和叶片背面、前缘和后缘轮廓、轮毂和叶片过渡圆角的表面通过铣削加工。
而用于加工大型低速柴油机底座和机座的设备,不仅需要较高的主轴功率和扭矩,而且需要较高的加工精度,并配有相应的检测设备。在低速柴油机曲轴的加工中,多采用数控重型车铣复合加工中心,要求其回转直径大,承载能力近100吨。
根据零件的特点,优化了切削参数和工艺方法。比如根据螺旋桨的几何特性,将叶片加工面分为非重叠区和重叠区,采用标准铣头和专用铣头加工叶根,对于大型螺旋桨来说仍然是一个需要攻克的难题,因为滑枕承受过大的倾覆力矩对机床寿命影响很大。
此外,基于三维数字模型的大型螺旋桨在线测量和质量评价功能需要解决测点规划和测量轨迹自动生成、基于叶片曲面匹配的加工余量计算和预测、螺旋桨叶片在线质量评价等问题。基于三维数字模型的大型螺旋桨铸坯误差和加工余量快速测量技术。也是未来国产设备应该努力的方向。