三台磨床并排立着,最靠里的那一台罩着塑料布,显然已经停用了一段时间。
沈一鸣走到中间那台磨床前,他先看了看机床的铭牌:东德制造,一九七一年出厂,型号是SAG-200,精密万能磨床,最大磨削直径两百毫米。
导轨表面磨得发亮,用手电筒侧着照,能看见细微的划痕,像头发丝一样细,在光线下泛着暗淡的白。
“导轨状态不错。”沈一鸣直起身,看向韩维义,“这些年维护得用心。”
韩维义点点头:“导轨每年都请人用水平仪校一次,直线度一直控制在零点零零二毫米以内。比出厂指标还好。”
“平面度呢?”方教授问。
“去年十二月测的,工作台平面度零点零零三毫米。”韩维义从旁边的文件柜里抽出一沓检测记录,“今年三月又测了一次,还是零点零零三。很稳定。”
方教授接过记录本,翻了几页,微微点头。他没说什么,把记录本递还给韩维义。
何教授站在另一台磨床旁,他用手推了推主轴,感觉了一下间隙。又凑近主轴箱,听了听运转时的声音。
“主轴轴承换过吗?”他问。
“去年换过一次。”韩维义说,“从BJ轴承厂订的B级精密轴承,装上去之后跑了几百个小时,间隙一直很稳定。”
何教授点点头:“主轴没问题。”
周伟走到磨床后面,检查了冷却液系统和液压系统。
他打开液压油箱的盖子,用手指蘸了一点油,凑到鼻尖闻了闻,又在指尖捻了捻。
“油品很干净,过滤系统工作正常。”他说。
……
项目组的人分散在三台磨床周围,各看各的,各测各的。
最后项目组得出结论:
设备本身没问题。导轨、主轴、工作台,每一项指标都在出厂标准之内,甚至优于出厂标准。
设备是好的。可它加工出来的零件,精度不够。
这就是问题的核心,也是最棘手的问题,设备没坏,而是设备的极限,够不上任务的要求。
这台东德磨床,设计精度就是零点零一毫米左右,经过八二七厂技术人员这段时间的不断优化改进,它的精度极限达到了零点零零八毫米。
而任务要求的精度误差,是零点零零五毫米。
差了三个微米。
三个微米,一根头发丝的二十分之一。
可就是这三个微米,把八二七厂卡了大半年。
“韩工,”沈一鸣问,“这台设备,你们试过哪些提高精度的方法?”
韩维义苦笑了一下:“能试的都试了。”
他走到文件柜前,又抽出一沓厚厚的记录本,翻开来,一页一页地指给沈一鸣看。
“先是换主轴轴承。原来的轴承是C级,我们换成B级,但极限精度也只提高了一微米。
“然后换冷却液……效果有一点,但不明显。”
“再然后调磨削参数……试了几十组参数,最好的结果是零点零零七五,再往下就下不去了。”
“还试过修整砂轮……”
韩维义说着,把记录本合上,叹了口气。
“沈教授,不瞒你说,这大半年来,我们把这台设备能调的地方都调了,能换的零件都换了,能改的工艺都改了。可极限精度就是卡在零点零零八这个坎上,怎么也过不去。我们这也是没招了,才向你们求助。”
沈一鸣沉默了一会儿,点了点头。
“我明白了。”他说。
参观持续了将近两个小时。项目组把三台磨床里里外外都看了一遍,又看了几十份检测记录和加工报告。
临近傍晚的时候,沈一鸣把项目组的人叫到车间角落的一张铁皮桌旁,开了一个简短的小会。
“说说吧,都看出什么了?”沈一鸣把笔记本摊开,钢笔拧开帽,准备记录。
“设备本身没有问题。”方教授开口了,“导轨、主轴、工作台,关键部件的精度都还在出厂标准之内,甚至经改进后优于出厂标准。这台设备,这些年维护得很用心,它的极限精度,仍然是全国最顶尖的水准。”
何教授点点头,接过话头:“主轴轴承换了B级之后,精度提升了一微米,这已经是最高精密等级的轴承,东德这批机床,设计的时候就是按十微米的精度标的,我们能用到这个水平,已经算是把这台设备的潜力挖尽了。”
周伟在旁边补充:
“冷却液、磨削参数、砂轮线速度,能调的都调了。我看了厂里的工艺试验记录,光是磨削参数他们就试了四十多组。最好的结果是零点零零六五,但只出现了一次,后来再也重复不出来。这说明那个结果可能是多种因素巧合叠加的结果,不是工艺的稳定状态。”
陆怀民也说出自己的观察:“近三年的检测数据,无论怎么调整工艺,加工精度的波动范围始终在零点零零七到零点零一之间。平均值在零点零零八左右。这说明精度已经收敛到了设备的固有极限。”
大家你一言我一语,把问题剖析得清清楚楚。
沈一鸣在笔记本上记了几笔,然后抬起头:
“所以,大家的结论是一致的:设备没问题,它的精度已经到头了。要想突破零点零零八,必须从设备之外找办法。”
方教授点了点头:
“是这个意思。磨床是一个系统,设备是核心,但不是全部。工件装夹、砂轮选择、磨削液、操作手法,这些外部因素同样重要。设备精度到了极限,但整个系统的精度,也许还有提升的空间。”
“那大家认为,突破口在哪里?”沈一鸣问。
“装夹。”方教授毫不犹豫地说,“工件装夹是最值得下功夫的一环。”
何教授也表示同意:“厂里用的那两套夹具,设计思路太常规,没有针对这台磨床的特点做优化。如果专门为它设计一套夹具,也许能把它的潜力再挖出来一些。”
方教授又补充:“检测方法也可以改进。现在的检测在磨床上进行,受环境振动和温度变化影响大。如果能设计一套专用的离线检测工装,数据会更可靠。”
几位专家你一言我一语,讨论得很热烈。
沈一鸣最后拍板:
“那就从夹具入手。先把厂里那两套夹具的图纸调出来,逐项分析。明天上午八点,技术科会议室,再碰。”
他看了看手表,已经快七点了。
“先吃饭。明天准时开始。”
……
第二天上午八点,项目组准时聚集在技术科的会议室里。
韩维义把一摞图纸摊在桌上,用铅笔压住四个角。
图纸是手绘的,墨线粗细不一,有些地方被橡皮擦过,留下淡淡的痕迹。
尺寸标注得很仔细,但箭头画得不够规范,几个公差值旁边打着问号,显然是设计者自己也拿不准。
“这是那两套夹具的全套图纸。”韩维义指着最上面那张,“一套是七一年随设备来的东德原厂图纸,一套是我们自己七五年改进的。”
沈一鸣拿起那张东德原厂图纸,戴起眼镜仔细看。
图纸是德文的,翻译用铅笔在边上加了中文注释。标注倒是严谨,每个尺寸都标了公差,但箭头画得很小,需要凑近了才看得清。
“这套夹具设计思路没问题,但有先天不足。”他指着图纸上的定位部分:
“定位基准选得不够好,制造精度本身也不高。你看这里,定位块的平面度只标了零点零一毫米,比我们磨床的加工精度还差一个数量级。用精度不够的夹具去装夹工件,工件怎么可能加工出高精度?”
何教授抽出那套七五年改进的图纸,展开在桌上:
“这套把定位基准从外圆改成了端面,思路是对的,但精度问题仍然存在。”
韩维义叹了口气:“当时也想提高精度,但加工条件有限,做不出来更高精度的零件。最后只能将就着用。”
“将就。”沈一鸣重复了这两个字,语气里没有责备,只有深深的无奈。
精密加工就是这样。每一个环节都在“将就”,每一个环节都差一点,最后累加起来,就是千里之堤溃于蚁穴。
“韩工,”沈一鸣抬起头,“这两套夹具的零件图,有吗?”
“有。”韩维义从那一摞图纸底下抽出厚厚一沓:
“这是全套零件图。定位块、压板、底座、螺栓……每一个零件都有单独的图纸。”
沈一鸣接过来,一页一页地翻。
图纸很多,足有三四十张。
“突破精度极限的办法,恐怕就在这里了。”沈一鸣合上图纸,目光扫过在场每一个人:
“既然找到了方向,那就动手。我们必须设计一套全新的夹具,同时配套设计一套离线检测工装。时间,省里只给了三个月。而我们,连一张可用的新图纸都没有。必须抓紧。”
项目组找到了突破方向,立刻投入了紧张的工作。
……
六月中旬,山里的夜来得早,技术科会议室的灯却一直亮着。
沈一鸣站在绘图板前,手里攥着绘图尺和铅笔,眉头拧成了一个疙瘩。
面前的硫酸纸上,已经画满了线条。
定位块的轮廓、压板的形状、底座的孔位,还有密密麻麻的尺寸标注和形位公差。这已经是第五版草图了。
“先按这个版本出图吧。”经过一下午的讨论,沈一鸣最终拍了板,“明天一早送加工车间。周伟、赵毅诚、怀民,你们三个明天跟去车间,盯着加工。有问题现场沟通,能改的当场改。我们等不起。”
第二天,天刚亮,三人就抱着改好的图等在了精密加工车间门口。
加工在磕磕绊绊中开始了。
问题一个接一个冒出来:某个孔距公差给得太严,厂里最精密的设备也很难稳定达到;某个槽的对称度要求无法直接测量,需要设计专门的检具,而检具本身又需要设计和加工……
图纸被反复修改。硫酸纸被擦得发毛,新画的线条压着旧的痕迹,凌乱不堪。
最要命的是,在二维图纸上,凭借人脑的空间想象力和复杂的尺寸链计算,很难完全避免零件之间的干涉问题,尤其是在这种带有曲面和复杂装配关系的夹具上。
第一版所有零件加工完成,已经是十天之后。
当试件被装到那台磨床上测试时,时间已经过去了整整三周。
测试结果令人沮丧。
用新夹具装夹标准试件磨削后检测,平面度最好的结果是零点零零六毫米,最差的零点零一二毫米。
重复装夹几次,数据波动很大。距离设计目标零点零零五毫米,看似只有几微米的差距,却像天堑一样难以逾越。
“还得改。”沈一鸣看着检测报告,疲惫写在脸上,“定位块的刚性要再加强,压紧机构的力臂要重新计算,消除回程间隙……检测工装的设计也得同步开始,不能再等了。”
这意味着,几乎要推倒重来。
大伙儿在心里默默算了一笔账:设计、绘图、下料、加工、热处理、装配、调试、测试……第一轮用了三周。
就算第二轮效率提高,至少也需要两周半。
这还只是夹具本体的第二轮尝试。还有配套的检测工装,图纸还没开始画。
两套工装,按这种“设计-试制-修配-再设计”的模式循环下去,乐观估计也要四到五个月。
而省国防工办给的最终时间,是三个月后,也就是九月中旬,必须拿出稳定达到0.005mm精度的加工方案和合格样件。
这还没算上拿出合格工装后,工艺参数的重新摸索、优化、稳定所需要的时间。
“老师,”周伟在一天晚上,拿着自己粗略计算的时间表,找到了沈一鸣,“按现在的路子,时间……可能不够。”
沈一鸣接过那张写满日期的纸,看了很久。窗外是黑黢黢的山影,偶尔传来远处哨兵换岗的口令声,短促而清晰。