自主創新理論與產品，打造碳材料加工行業領軍企業——江蘇晨光數控機床有限公司碳材料加工技術發展簡介

江蘇晨光數控機床有限公司　呂　鵬　朱龍華　張　明

自主創新理論與產品，打造碳材料加工行業領軍企業——江蘇晨光數控機床有限公司碳材料加工技術發展簡介

江蘇晨光數控機床有限公司呂鵬朱龍華張明

針對國內外市場對碳材料加工設備和技術的需求，晨光公司采用國內外先進數控系統及元器件，通過自主開發控制軟件，選用優質材料，優化制造工藝，實現了碳材料加工機床系統的高度自動化、智能化，以及高可靠性。目前，晨光公司在石墨電極與接頭加工技術，以及數控碳電極加工機床、炭磚與炭塊加工、石墨坩堝自動加工線等產品開發中，通過理論與產品的自主創新，提升了我國碳材料加工技術的水平，成為我國碳材料加工設備和技術領域的領軍企業。

石墨電極與接頭加工技術：基于理論創新實現產品創新

1998年，江蘇晨光數控機床有限公司剛剛成立，就接到了南通炭素廠研制國內首臺數控電極單端螺紋梳加工機床的訂單。晨光公司通過研發新結構機床，與科研機構合作開發了專用數控系統及軟件，首戰告捷，在國內首次將電極螺紋精度提高到發達國家水平，并率先實現了新機床開發與專用數控系統開發的結合。在此基礎上，晨光公司僅用不到3年的時間，就進一步解決了數控接頭雙螺紋梳加工機床及其它工序數控機床成套化生產的難題。

后來，經過幾年的摸索，晨光公司在世界上率先提出了“理想連接理論”。該理論的基礎是電學上的“集膚效應”，即當2個電極通過接頭連接時，如果電極端面與螺紋中心線的垂直度誤差極小，趨近于0，而接頭雙螺紋同軸度也非常小，電極端面相互接觸良好、間隙趨近于0。此時，2個電極連接通電時，大量電流將無阻尼或微阻尼地從電極表面通過，基本不發熱，而少量電流從電極與接頭螺紋連接處通過，發熱量也不大，因而可以避免冶煉行業長期存在的電極通電時容易掉爐的頑癥，解決了電極行業的一大技術難題。該理論徹底顛覆了國際標準和原國家標準對于電極端面加工精度不作嚴格要求、端面連接間隙≤0.5mm的要求，代之以“端面與螺紋孔中心線垂直度允許誤差≤0.01mm”的規定。

以“理想連接理論”為基礎，晨光公司自主研發出了行星式電主軸螺紋加工系統。其主要結構特點是：在主軸箱端面大法蘭上，安裝了X向小床身；在拖板上安裝了大功率電主軸（7.5kW），電主軸既可自行高速旋轉，實現螺紋加工，又可沿小床身導軌作X向移動，還能由主軸帶動公轉，并跟隨主軸箱作Z向運動，從而實現螺紋孔加工。在其主軸端面法蘭盤上，再安裝端面刮平工具或小電主軸銑平裝置，可實現端面刮平或銑平功能。由于螺紋孔銑削及端面加工均由同一主軸帶動，因此，只要主軸精度足夠高，其軸向竄動接近于0，端面與螺紋孔中心線垂直度誤差就接近于0（采用進口塞規實測誤差≤0.005mm，加工時工件由專用支撐裝置支撐并夾緊）。在開發“行星式電主軸螺紋加工系統”的同時，晨光公司還開發出了目前世界上電極加工精度最高的機床——數控電極雙螺紋梳加工機床。

此外，晨光公司還開發出了數控電極自動加工線。其采用上輸送方式，由對中機、數控電極雙鏜孔機床、數控電極外圓車床、數控電極雙螺紋梳加工機床、電極測量機（測量比電阻、稱重）、自動劃孔底圓機，以及自動輸送機等部分組成，能夠自動打標，實現電極加工、檢測過程的完全自動化。截至目前，該自動加工線已投放市場近10條，其中出口印度2條。

▲ 全數控石墨電極本體自動加工線

晨光公司開發的數控接頭自動加工線也采用上輸送方式，由定長鋸切、數控接頭雙端銑平鉆中心孔機床、接頭測量機（測量比電阻及彈性模量）、數控接頭車雙錐外圓機床、數控接頭螺紋梳加工機床、數控接頭銑槽、鉆栓孔機床、電子稱重機，以及自動輸送機等部分組成，能夠自動打標，實現接頭加工及檢測過程的完全自動化。截至目前，該自動加工線已投入市場約30條，其中出口印度2條。

除開發新產品外，晨光公司還主持起草了YB/T4245-2011《石墨電極與接頭加工精度及要求》黑色冶金行業標準。該標準內容包括電極與接頭機床制造及加工精度等2個方面。其中，在加工精度部分，一般精度與國內外同類標準相當，關鍵指標遠高于國內外其它同類標準，從而推動了世界石墨電極與接頭加工精度的全面提高，也推動了我國碳材料行業的發展。

數控炭電極加工機床：石墨電極與接頭加工技術的進一步拓展

以石墨電極與接頭加工技術為基礎，晨光公司根據國內外市場需求，又開發出了數控炭電極加工機床系列產品，包括雙端鏜孔機床、外圓多刀車削機床、內外螺紋加工機床等產品，也可根據用戶需要組合成新的自動加工線。該系列產品的加工精度要求也適用“理想連接理論”，加工直徑范圍為800mm～1500mm，加工長度范圍為2000mm～3000mm。

炭磚與炭塊加工：碳材料高效、高精度加工技術

十多年前，高爐炭磚國家標準規定的加工精度允許誤差為±1mm，但由于各炭磚廠家設備簡陋，如此之低的標準也難以達到，以至于出廠炭磚必須逐件檢測后才能使用。這一情況促使國內爭相研發數控高爐炭磚機床產品。2005年，晨光公司根據河南某客戶的要求，僅用不到2個月的時間就成功開發出了國內首臺經濟型數控炭磚銑磨床，將批量生產的炭磚間隙控制在±0.03mm以下，徹底改變了行業面貌，使我國炭磚生產由難以滿足國內需要一躍而成出口大戶。

▲ 數控炭塊自動加工線

隨后，晨光公司又陸續開發了一系列設計合理、防護到位、操作人性化、高度自動化的鋁用陰極炭塊加工專用機床產品，如全數控銑削、磨削、劃痕、鋸切、多功能銑槽、銑磨復合、銑劃痕復合、鋸劃痕復合等單機及組合機床，最終研制成功了數控炭塊自動加工線。該自動加工線按工序流程可分為側面銑磨劃痕、銑鋼棒槽導流槽（根據用戶要求可銑異形槽）、端部鋸切定長劃痕、上料臺及自動翻轉、輸送、升降及粉塵切屑收集、輸送、提升等5個部分，在國內率先采用運動型數控系統（simotion）及自主開發的高級軟件進行控制，配之以高檔電氣元器件及先進的機械結構設計和液壓控制技術，使用方便。操作人員僅需輸入毛坯及成品尺寸即可自動生成程序，無需復雜的編程工作，降低了對操作人員的要求，成為一種“傻瓜機床”。該自動加工線也可用于高爐炭磚的加工。在國內某大型鋁廠，該自動加工線與從德國進口的自動加工線安裝在一起，在外觀、加工范圍、自動控制水平、生產效率、可靠性等方面均具有明顯的優勢，獲得了用戶的青睞。目前，該自動加工線已投放市場，獲得了有關部門和用戶的關注，并正在擴大市場應用。

此外，為了實現炭塊和炭磚加工的標準化，晨光公司還主持制定了YB/T4246-2011《炭塊和炭磚尺寸及表面加工要求》黑色冶金標準。該標準對高爐炭磚和陰極炭塊的機床制造、加工工藝及精度均提出了比國際同類標準更為嚴格的要求，如高爐炭磚的寬度與高度尺寸允許誤差，原國家標準為±1mm，國際標準為±0.20mm，該標準為±0.08mm；陰極炭塊的寬度與高度尺寸允許誤差，原標準為±2mm，該標準為±0.20mm。

石墨坩堝自動加工線：石墨坩堝加工提質增效新途徑

長期以來，我國石墨坩堝機械加工停留在分工序普通機床加工階段，需耗用大批勞動力，加工效率和質量均較低。2013年，晨光公司研制成功國內首條全自動石墨坩堝自動加工線以后，這種情況得到顯著改善，班產量達到40件以上，達到了批量生產的要求，勞動量也大大減少。該自動加工線由對中打中心孔機組、車外圓機組、鏜孔機組、銑端面機組，以及工件輸送線等部分組成，實現了石墨坩堝的全自動高效加工，操作人員僅需進行上、下工件，并對自動線監控即可實現連續生產。目前，該自動加工線已投放市場。