可再生能源正在全面挑戰(Zhan)傳統能源的産出方式(Shi)，比如2016年光(Guang)伏上網價格(Ge)和風電電價均已出台下調方案。雖然趨勢如此，但[Dan]國家能源局[Ju]近年來的統計(Ji)數據表明,發電量[Liang]的七成仍源自火電發電，包括(Kuo)水、風、核電、太(Tai)陽能等新[Xin]能源并未[Wei]對傳統能源形成強[Qiang]勢沖[Chong]擊。

可是,目前國(Guo)内電力市場已[Yi]日趨飽和，在國(Guo)家扶持新能源的政策下，火力(Li)發電等傳統發電形式“上大壓小”，采用大功率設備已成為電力行業的共識。 

“大”帶(Dai)來的挑戰

作[Zuo]為我國制造大型電力設[She]備[Bei]的主力廠[Chang]商，上海電氣電站設備(Bei)有[You]限公司發(Fa)電機廠（SEPC）隸屬于[Yu]上海電氣集[Ji]團股份有限(Xian)公司電站集團，是[Shi]與德國西門子公[Gong]司合資的企業，主要從事火電、核電、燃機領域的大型發電機成套産品[Pin]的研發和制造。

從2004年開始，上海發[Fa]電(Dian)機廠火力發電[Dian]機組的生産、銷售、以(Yi)及訂單數量連續保持世(Shi)界第一。近幾年公司1000MW等級水氫[Qing]冷機(Ji)組每年的[De]訂單[Dan]量基本穩(Wen)定在9000MW～13000MW範圍内，國(Guo)内市場占有率約80%，600MW等級水氫冷機組年訂(Ding)單量本穩定在6000MW～9000MW，國内市[Shi]場占有率約60%，産品遠銷多個[Ge]國家。

我國[Guo]現有的300MW、600MW、1000MW水(Shui)氫冷汽輪(Lun)發電(Dian)機效率、年運行小時等參數均已達(Da)到(Dao)國際先進水平，近[Jin]年國家規定國内能生産的亞臨(Lin)界600MW及以下容量機組(Zu)一般[Ban]不再進口，這[Zhe]加快[Kuai]了對我國電站建設制造業的[De]發[Fa]展。電站制造業是國家重要的基[Ji]礎工業之一，法國、德國、日本、俄羅斯、美國的大型核電站、火電[Dian]站的絕大部分機組[Zu]都是本國制造的。

随[Sui]着“上大壓小”政策的實[Shi]施，SEPC目前(Qian)已經形成(Cheng)完善的空冷50MW～200MW等級、雙[Shuang]水内水冷60MW～340MW等級(Ji)、水氫冷200～1000MW等級等系[Xi]列産品，在超超臨界1000MW級火電、核電及燃氣輪發電機[Ji]等重大[Da]項目上實現了(Le)曆(Li)史性突破，目[Mu]前正在研發國際上最大容量的1800MW級核電(Dian)發電機、1200MW級火電發電機等産品[Pin]，以形[Xing]成新[Xin]的發電(Dian)機核心技術(Shu)，不斷[Duan]提高企業核心競争力。走進SEPC的廠房[Fang]，可看到：主(Zhu)廠房長312米，寬36米，高34米，吊重[Zhong]能力可達500噸，具備了(Le)可加工目前世界上最大容量——1800MW四極核電發電[Dian]機和年産[Chan]量3000萬千瓦的[De]生産能力。

随着等級的提(Ti)升，發電設備(Bei)尺寸也随之加[Jia]大，動(Dong)辄上百噸、幾十米的[De]大型[Xing]設備(Bei)給加工帶[Dai]來的不僅僅是[Shi]不便，加工難[Nan]度也随之提升。

由(You)于發電設備産品的特性，對設備的可靠性有着嚴格的要(Yao)求[Qiu]。比如轉子是大型電力設備—發(Fa)電機(Ji)中的核心部件，其加工質量的好壞影響了發電機的運行質量。且轉子胚件尺(Chi)寸大，成本不菲，供應有[You]限，雖加工要(Yao)求高，但(Dan)也必須加工零失誤率。

此外[Wai]發電設備中其他一些典型關鍵零部件如轉子輪槽[Cao]以及轉子嵌線鸠尾槽等(Deng)的切削加(Jia)工，由[You]于被加工[Gong]材料屬于耐熱[Re]高強(Qiang)度合金鋼[Gang]、不鏽鋼[Gang]等難加工材料，切削量[Liang]大、切削負荷[He]重，對數控刀具的(De)切削性能[Neng]，諸如高溫紅硬性、彎曲剪切強度、抗磨[Mo]損性、抗粘接性、摩擦系數等[Deng]有很高的要求(Qiu)。

發電設備中典型關鍵零部件[Jian]如轉子輪槽以(Yi)及轉(Zhuan)子嵌線鸠[Jiu]尾槽，屬于耐熱高強度合(He)金鋼、不鏽鋼等難加工材料，切削量大、切削負荷重，對(Dui)數控刀具的切削[Xue]性(Xing)能有很高的要求

對1000MW及以上的二級發電機轉子來說，其本體嵌線槽(Cao)由于槽深深度(Du)大（100mm以上）,槽(Cao)壁薄（15mm左右）如下圖所(Suo)示，剛性差，易引[Yin]起加工變[Bian]形，加工困難[Nan]。

對1000MW及[Ji]以上的二級發電(Dian)機轉子來說，整體(Ti)靜态撓度大，其本體嵌線槽由于槽(Cao)深深度[Du]大,槽壁薄(Bao)，剛性差，易引起加(Jia)工[Gong]變形，加工[Gong]困(Kun)難

但難點正是關(Guan)鍵[Jian]點。控制和減少二[Er]極轉子嵌線(Xian)槽的[De]切削變形，是提高(Gao)轉子運轉精度、保[Bao]證[Zheng]發電[Dian]機[Ji]運行品(Pin)質的關鍵。一般來說嵌線槽在[Zai]加工[Gong]中發生變形，嵌(Qian)線[Xian]槽槽口變形量(Liang)可達到(Dao) 0.5mm。要減小變形，必須選擇合适的(De)切削[Xue]力并減[Jian]小降(Jiang)低殘餘(Yu)應力。這不僅對工藝工程師和操作(Zuo)人員[Yuan]提出了高要求，其高精(Jing)度[Du]複雜型面的切削對數控刀具[Ju]本身的精度也[Ye]提出了更高的要求。

難[Nan]點重重(Zhong)

機加工是[Shi]發電機組生産的重要環(Huan)節，發電機(Ji)轉(Zhuan)子、定子、機座[Zuo]等部件切削量很大，對機床和刀具要求[Qiu]都很高。汽輪發電機轉軸嵌線槽[Cao]是(Shi)采用專用可轉位轉子槽[Cao]盤銑刀，在數控轉子槽銑(Xi)床上加工[Gong]而成。由(You)于轉軸材質為高(Gao)強度合金鋼，切(Qie)削槽深、銑刀直徑大、切削(Xue)速快，對刀具綜合性能要求很[Hen]高。

以轉子(Zi)加工為例[Li]，鍛造出的原材料工件首先要[Yao]經[Jing]過(Guo)車削，然後是銑[Xi]削加工。銑削分粗銑和精(Jing)銑，每個工序分(Fen)兩步(Bu)又分兩(Liang)步走。“銑(Xi)槽必須要分段，因為(Wei)牽扯到轉子的動平(Ping)衡。”這是每個工藝操(Cao)作(Zuo)人[Ren]員都所熟稔的。

轉子本體外圓有一圈軸向方向的(De)嵌線(Xian)槽，業内(Nei)也稱之為轉子縱樹型[Xing]輪槽，有時每個轉(Zhuan)子的嵌線[Xian]槽(Cao)會多達30多條。發[Fa]電機轉[Zhuan]子槽形整體加工(Gong)要求較高：整槽寬度公差要求≤0.2mm、等分度要求≤0.02°、粗糙度要求≤Ra3.2，其次工藝要求(Qiu)的加工效率要高(Gao)，需要兼(Jian)顧機床加(Jia)工性能及刀具(Ju)切削[Xue]性能。

要提高産[Chan]品的性能一般有兩種途徑，一是加(Jia)大資金(Jin)投資購買設備，或者求助外(Wai)協；還有一[Yi]種辦法就是對刀具切削(Xue)工藝進行改進——這是最直接的手段(Duan)，如果刀具(Ju)的切削效[Xiao]率能夠(Gou)提高一[Yi]倍，就[Jiu]相當于增加了一台機床，它帶來的效果立竿[Gan]見(Jian)影，事半功倍。SEPC的轉子槽加工[Gong]工序中大量使用了各種[Zhong]盤銑(Xi)刀和鸠(Jiu)尾銑(Xi)刀(Dao)，所用[Yong]刀具以德國瓦爾特公司提供的可轉位(Wei)盤銑刀和可轉位鸠尾(Wei)銑刀為主。

國[Guo]内發[Fa]電機制造技術[Shu]發(Fa)展經曆了三個階(Jie)段，制造工藝也從手工、機械、數顯加工為主，逐步發展[Zhan]到數控[Kong]智能化加工，轉子嵌線槽内鸠尾槽的加(Jia)工刀具從[Cong]之前高速鋼材質演變到可轉(Zhuan)位刀片刀(Dao)具。起初(Chu)，SEPC和[He]原來合作的刀具供[Gong]應商(Shang)也已将部分[Fen]方案做成了硬質合金(Jin)可[Ke]轉位刀片方(Fang)案。但[Dan]其中一款刀具從定方案到制[Zhi]造、試加工[Gong]、修改(Gai)方案，幾次反複(Fu)試加工總(Zong)共花了近[Jin]兩年的時(Shi)間，最終仍然不[Bu]符合技術要求(Qiu)，最主要(Yao)的原因在于(Yu)整體加工性能不好(Hao)，工件的表面質量無(Wu)法保證。了解到(Dao)相關發電行業的一[Yi]些成[Cheng]功案例後，具有較豐(Feng)富經驗的瓦爾特進(Jin)入了SEPC的備選名單。

應用在[Zai]300MW等級上的[De]粗齒[Chi]型[Xing]粗銑盤銑刀是瓦(Wa)爾特和SEPC的首個合(He)作成果(Guo)。因為轉子槽[Cao]粗加工加工餘量[Liang]大，要[Yao]求良好的(De)排屑功能(Neng)，此外關鍵還不能出(Chu)現拉鐵圈、磨痕(Hen)。300MW的嵌線槽槽寬38mm,粗銑刀(Dao)選用的切寬是36mm，單邊[Bian]留[Liu]1個(Ge)毫米左右精(Jing)銑餘(Yu)量。常規(Gui)的加工工藝[Yi]是：第一步盤銑刀粗[Cu]銑後鸠尾槽粗銑，接着盤銑刀第二、三…刀粗[Cu]銑(Xi)，結束後再進行盤銑刀精銑，一般都是整槽形一刀(Dao)到底，然後[Hou]再進行[Hang]鸠尾精銑。這其中所使(Shi)用的粗(Cu)銑盤[Pan]銑[Xi]刀就是瓦爾特(Te)牌(Pai)号為WF341-6092000的盤銑[Xi]刀[Dao]，它采用卡口式刀座設計，極适合用于[Yu]電機轉子槽粗(Cu)/精加[Jia]工，刀體剛性[Xing]極好，加(Jia)工效率(Lü)高(Gao)，特别是在精加工時，表[Biao]面無明[Ming]顯刀痕，粗糙度非常好。

改變看(Kan)得見

現在(Zai)看起來一切都(Dou)很順利，但實際上雙(Shuang)方在設計這款刀具時，也是一[Yi]波三[San]折。

由于轉子槽底[Di]比較大，因此刀具加工時受到的阻力比較大，刀盤的[De]抗震性也會(Hui)差一點。瓦爾(Er)特定制的刀具最初被設[She]計(Ji)成波浪形，效果并不理(Li)想，前後實驗了3次：第一次[Ci]把刀座做了(Le)調整，第(Di)二次[Ci]是把刀具運回(Hui)到德國改進，但還有小缺陷，第三次又重[Zhong]新訂做了一(Yi)套新的(De)刀座。但是雙方都有着“不達目的不罷休的勁頭”，數[Shu]次在加工現場商讨試驗，最終提供出(Chu)幾近完美的解決方案。現在瓦爾[Er]特刀具在SEPC的應用已經越來越多，隻要有(You)新的産品設計都會在第一時[Shi]間看到瓦爾[Er]特資深技術人員[Yuan]的參(Can)與。

同時，降本[Ben]增效也是SEPC選擇刀具的重要(Yao)條件。比如600MW鸠尾(Wei)槽由高速鋼刀具更換為瓦爾特的刀具後粗[Cu]糙度由原先[Xian]的Ra6.3提[Ti]高至不大于(Yu)Ra3.2，加工效率由原先使(Shi)用[Yong]高速鋼刀具加工每個槽需90分鐘，提(Ti)高到使用硬[Ying]質合(He)金刀具後隻需30分[Fen]鐘。雖然刀片(Pian)消[Xiao]耗[Hao]成本略高于高速鋼刀(Dao)具方案，但由(You)于加[Jia]工工時減少，且加工進給量由于比原先提高不少：可以從原來的不足(Zu)100mm/min提高[Gao]到240～280mm/min，綜合計算下[Xia]來，實際加工成[Cheng]本(Ben)的降低依[Yi]然可觀。

目前，1000MW水氫(Qing)冷、600MW水氫冷III型、300MW水氫[Qing]冷[Leng]是(Shi)SEPC訂單最多的[De]拳頭(Tou)産品，年産台份數在(Zai)25～35台，每年總的産品制造容量(Liang)穩定在2000~3000萬千瓦（3000萬千瓦(Wa)機組一年(Nian)發[Fa]電量可達2400億度）。此外水冷機組也是SEPC另(Ling)一項引以為傲的自(Zi)主開發産品[Pin]，至今已累積制造(Zao)的水冷機組台(Tai)份(Fen)數超過650台。目(Mu)前，SEPC也[Ye]已[Yi]經在研發世(Shi)界660MW最大水[Shui]冷發電機(Ji)組及1200MW等級世界最[Zui]大(Da)二極發電機機(Ji)組。

随着中國裝備[Bei]制造業[Ye]的發展，未來生産企(Qi)業對機(Ji)床和刀具的要求(Qiu)也越來越高。金[Jin]屬(Shu)切[Qie]削機床和刀具(Ju)作為切削加工的基礎工藝裝備，被稱為 “孿生兄弟”，機床依靠(Kao)優良的“牙[Ya]齒”才能發揮最佳作用。可以說刀具性能和質量直接影響到整體生産[Chan]效率的高低、加工(Gong)質(Zhi)量的(De)好壞，以及生産(Chan)技術水平和經(Jing)濟效益，所以國外企業才有“企業的紅利在刀[Dao]刃上(Shang)”的說法。SEPC正緻力(Li)于此。