李師兄辯論完陳志國的思路,卻沒有坐下。
他往前走了兩步,看著金柔,表情認真。
“金教授,我從工程實踐的角度說幾句,您別介意。”
金柔看著他:“你說。”
“鍵合機已經積累了三軸平臺,0.5微米精度。有這個底子,應該先做‘固定工件+刀具擺動’,把四軸、五軸頭搞出來,再考慮球面工件臺的終極目標。這不是否定您的方向,而是說,咱們是不是跳過了中間環節?”
他掰著手指頭數:“‘固定工件+刀具擺動’,技術上更平滑、風險更低、可以快速產生階段性成果,比如四軸加工中心。還能讓團隊積累多軸聯動控制的經驗。這些東西,以後做球面臺也用得上。”
金柔沉默了幾秒。
“小李,你說的,我都想過。”
她的聲音有些低沉:“我不是想跳過這個中間環節。是時間不等人。”
她轉過身,看著窗外漆黑的夜色。
“國家急需航空發動機葉片、導彈艙段、大型光學件。這些‘卡脖子’的東西,都是‘固定工件+刀具擺動’搞不定的。不是因為它不好,而是因為它面對超大超重工件時,剛度問題、懸伸問題、空間問題,物理規律擺在那裡,繞不過去。”
她頓了頓,聲音低了下來。
“而且,咱們面臨西方的技術封鎖。沒有現成的五軸頭可以買,沒有現成的數控系統可以抄,沒有現成的角度編碼器可以用。‘固定工件+刀具擺動’這條路,就算走通了,也解決不了最緊迫的國家需求。”
她轉過身,看著李師兄,目光裡有疲憊,也有堅定。
“我要的是‘能加工大型複雜曲面’的機床,不是‘比三軸多一個旋轉軸’的機床。劉星海教授也看到了這個問題,他也不想跳過這個環節,但是時間不等人。所以他硬是批了這個課題。”
她深吸一口氣:“這是國防急需。”
會議室裡徹底安靜了。
沒有人再質疑可行性的問題。
大家心裡都明白,當“國防急需”四個字擺出來,剩下的就不是“做不做”,而是“怎麼做”。
金柔回到座位上,端起搪瓷缸子喝了一大口水,然後放下。
“行了,可行性不用再討論了。咱們來談談技術路徑。”
魏知遠教授第一個接話。
他重新走到黑板前,拿起粉筆,在空白處寫了幾行字。
“金教授的‘球面定位臺’,本質上是一個雙自由度或多自由度球面姿態控制平臺。其目標是在球面上實現任意角度的精確定位。要‘動得起來、停得準、重複得好’,需要一套完整的控制與輔助技術體系。”
他把粉筆遞給旁邊的吳國華:“國華,你先說。”
吳國華站起來,走到黑板前。
“我覺得,首先要解決的是多軸聯動插補演算法。”他在黑板上寫了一個公式,“要將目標球面位置分解為兩個旋轉軸的速度和位置指令,實現C軸迴轉加A軸擺動的協同運動。這裡面需要實時解算球面運動學,浮點運算或者定點查表。前者咱們的KJ-0A能跑,但速度可能不夠;後者更現實,可以做一張預計算好的表,用插值補中間值。”
他在公式下面畫了一張表格的示意圖:“這個活,理論組可以做。”
錢蘭接著站起來。
“我提一個,高精度角度編碼器。”她走到黑板前,在魏知遠寫的“雙自由度球面姿態控制”下面寫了幾行字,“測量每個旋轉軸的實際轉角,形成全閉環反饋。球面定位需要±1角秒以上的精度。咱們現在的角度編碼器,精度大約±5到10角秒,不夠。”
她轉過身,看著方教授:“方老師,長光所的圓光柵技術,能不能遷移過來?”
方教授想了想:“可以試試。鍵合機的光柵尺是直線型的,但原理相通。圓光柵的刻線精度和讀數頭的訊雜比是關鍵。我回去問問長光所那邊,看他們有沒有預研。”
錢蘭點了點頭,在本子上記了一筆。
諸葛彪把煙叼在嘴角,慢悠悠地站起來。
“我也提一個,雙軸伺服驅動與同步。”他走到黑板前,把煙拿下來,彈了彈菸灰,“控制兩個旋轉軸的電機,必須保證動態響應一致,不產生‘扭轉’誤差。兩軸動態耦合,需要解耦控制。”
他用粉筆畫了兩個電機和一條連線線:“高頻脈衝電機就可以做到。咱們在鍵合機上積累的加減速曲線最佳化經驗,直接拿過來用。兩個軸跑同樣的加減速曲線,就能保證同步。誤差靠編碼器閉環來修正。”
他頓了頓,又補充了一句:“不過,大扭矩的脈衝電機,咱們還沒做過。這個要攻關。”
魏知遠教授接過了話頭。
“以上三個都是必須的技術,我談談位置與姿態解算。”他在黑板上畫了一個球面座標系的示意圖,“根據編碼器讀數推算工件臺當前的法線方向,根據目標法線反推各軸應轉角度。球面幾何模型要求實時計算三角函式。”
他放下粉筆,轉過身:“‘數字孿生’專案裡有數學模型積累。我可以寫一套微程式,做查表計算。定點運算,速度夠用。”
方教授站起來。
“動態補償演算法也是要必須解決的問題。”他在黑板上寫了幾行字,“重力矩、摩擦力、熱變形、機械間隙……這些非線性因素必須補償。紅外測溫技術可用於熱變形監測,‘電子耳朵’的振動訊號可以反饋異常摩擦。”
他頓了頓,聲音提高了一些:“這些補償演算法,如果全部靠實時計算,午馬機跑不動。我的建議是,先做離線標定,把每個角度下的重力矩、摩擦力離線測一遍,做成補償表。線上執行時直接查表修正。”
眾人紛紛點頭。
接下來,討論變得更加熱烈。
有人提出“高剛度、低摩擦迴轉機構”的問題,球面導軌的曲率半徑怎麼選?用甚麼材料?潤滑方式是甚麼?湯渺教授當場表示,可以用陶瓷材料做導軌塗層,降低摩擦係數。
有人提出“高剛性、輕量化工件臺體”,既要剛度夠,又要質量輕,才能減小慣性。陳志國建議用蜂窩結構,或者碳纖維複合材料。湯渺說碳纖維國內還搞不到,蜂窩鑄鐵可以試試。
有人提出“寬溫、抗振環境保障”,球面定位對溫度變化和振動極其敏感。梁先生在6305廠設計的隔振地基方案可以直接借用,恆溫間的溫度控制精度要提到±0.2度。
有人提出“精密裝配與校準”,兩個旋轉軸的垂直度、迴轉軸與球心的同心度,必須達到微米級。李師兄說,用光學準直儀可以做到,但需要專門培訓一個裝配小組。
有人提出“可靠的電氣連線與防護”,旋轉工件臺上的感測器訊號怎麼傳出來?滑環是成熟技術,但精密滑環的接觸噪聲問題要解決。方教授建議先用滑環,後期再考慮無線——雖然不太現實,但留個介面。
有人提出“數控系統硬體”,將插補運算轉化為驅動脈衝,協調多軸。諸葛彪說,脈衝電機的驅動晶片可以擴充套件為多軸控制板,二維卡儲存運動軌跡引數。這個硬體架構,鍵合機已經驗證過了。
討論聲此起彼伏,搪瓷缸子裡的茶換了一茬又一茬。
呂辰一直沒說話。
他坐在靠牆的位置,手裡夾著一根菸,慢慢抽著,聽著每一個人的發言。
他在等一個時機。
等所有人的意見都擺上檯面,等金柔教授的堅持和困境都清晰了,等大家對技術路徑的討論告一段落。
他終於掐滅了煙,站了起來。
“金教授,我有個想法,您聽聽。”
會議室裡安靜了下來。所有人的目光都轉向他。
呂辰走到黑板前,拿起粉筆,先寫下了一行字:兩條腿走路。
“今天聽了一天,我的感覺是:大家不是不支援‘球面工件臺’這個方向,而是擔心風險太高、週期太長、中間沒有成果。金教授不是不想走‘刀具擺動’這條路,而是人手不夠、時間不等人。”
他在黑板中間畫了一條豎線,左邊寫“刀具姿態控制”,右邊寫“球面工件臺”。
“我的建議是:兩條腿同時走,但是不用一個人走。”
他用粉筆在左邊畫了一個箭頭。
“第一條路,‘固定工件下的刀具姿態控制’,也就是咱們說的‘五軸頭’。這條路,技術繼承性高,風險低,可以快速出成果。”
他在右邊畫了一個箭頭。
“第二條路,‘球面工件臺’,您自己帶著團隊走。80人不夠,那就聚焦。劉教授畫的分步走,一步一步來。第一步就是球面定位臺,能轉、能停、能重複,就算成功。不做切削,只驗證定位。”
他把粉筆放下,轉身在黑板上畫了一條時間軸。
“1到2年:路線A開發出四軸擺頭,在小型工件上驗證多軸聯動;路線B製造出球面定位臺原型,驗證定位精度。兩條路各自產出階段性成果,團隊信心建立。”
“2到4年:路線A將擺頭整合到中型機床上,加工複雜迴轉體;路線B在球面定位臺上加工簡單曲面,用小直徑球頭銑刀、軟材料、淺切削。這個階段,兩家互換經驗。刀具姿態的控制演算法用於球面臺,球面臺的裝夾方案用於刀具姿態。”
“4到7年:路線A開發出五軸聯動系統;路線B的球面臺實現連續曲面加工。這時候,我們手裡有兩套方案,一套適合輕型工件,一套適合重型工件。”
他畫了一個大圈,把兩條線都圈在裡面。
“7到10年:根據應用場景靈活選擇。輕型工件用刀具姿態方案,重型工件用球面定位臺方案,或者混合,刀具擺一點、工件滾一點。金老師的‘自由曲面機床’不是二選一,而是一個可配置的技術平臺。”
他放下粉筆,轉過身,看著金柔。
“金老師,這不是替代您的方案,而是幫您把‘另一條腿’找人扛起來。您不用分兵,也能兩條腿走路。”
會議室裡安靜了十幾秒。
金柔靠在椅背上,手指在桌面上輕輕叩著。
過了很久,她才開口。
“呂辰,你這個想法,我其實想過。”
她的聲音有些沙啞。
“兩條路線走到一起,針對不同工件選擇不同的加工模式,這個願景,很誘人。但我有我的難處。”
她頓了頓,目光掃過會議室裡的人。
“精密機床實驗室,滿打滿算80來人。我還要分一部分人去搞球面臺的機械結構、控制演算法、裝配除錯。如果再分兵去搞‘刀具姿態控制’,我連球面臺的進度都保證不了。不是我不想,是我貪心不了。”
呂辰笑了。
“金老師,咱們沒人,別人有啊。”
他重新走到黑板前,寫了“哈工大”三個字,在下面畫了一條橫線。
“鍵合機會戰中,哈工大包康建教授團隊負責的是精密運動機械系統。粗定位平臺、精定位微動臺、X-Y-Z三軸聯動機構,實測定位精度±1.8微米,速度320毫米每秒。這套能力,與‘刀具姿態控制’高度重合。”
他轉過身,看著金柔。
“金教授,您可以給包教授發一份合作邀請。不是讓他們替您做,而是兩家並行走。您繼續攻關球面臺,他們攻關五軸頭。兩條路互不干擾,各取所長。將來還可以互相借鑑,他們的控制演算法可以移植到您的球面臺上,您的裝夾方案也可以給他們參考。”
“我不是讓您分兵。我是說,您發一份合作邀請,讓哈工大來扛‘刀具姿態控制’這條腿。他們在鍵合機會戰中已經展示了能力,而且他們肯定也在想,鍵合機那套精密運動平臺,能不能用到機床上?”
他轉過身,看著所有人。
“包教授肯定看到了。鍵合機的X-Y-Z平臺,精度±1.8微米,速度320毫米每秒。這套東西,稍微改一下,就是五軸頭的雛形。他們自己也會往這個方向走。與其各自為戰,不如咱們主動發邀請,把兩家綁在一起。”
他頓了頓,聲音提高了一些。
“而且,不只是哈工大。上海機床廠呢?他們在鍵合機專案中負責整機整合和批產工藝。五軸頭的加工、裝配、除錯,他們也可以參與。這樣一來,‘刀具姿態控制’這條路,根本不需要金老師出人、出錢、出資源。紅星所只要出標準、出需求、出驗收條件就行。”
他轉過身,看著金柔。
“金老師,您只需要做一件事,同意合作。”
會議室裡再一次安靜了。
然後,湯渺教授第一個鼓起掌來。
“這個思路好。”他的聲音不大,但很穩,“兩家並行走,各自發揮所長。哈工大有精密機械的底子,我們有系統整合的經驗。互不干擾,還能互相促進。”
方教授也點了點頭:“技術矩陣,分散風險。這個提法好。”
魏知遠教授難得地笑了一下:“呂辰,你這是‘借雞生蛋’。”
呂辰也笑了:“魏教授,這叫‘全國大協作’。”
會議室裡鬨堂大笑。
金柔看著呂辰,看了很久。
然後她站起來,走到黑板前,拿起粉筆,在呂辰畫的時間軸上,在“1-2年”的位置,寫下了兩個字:發函。
她轉過身,看著旁邊的技術人員,嘴角微微翹著。
“小虎,這封合作邀請函,我馬上起草。”
那位技術員高興道:“教授放心,下週之前,我把草稿拿出來。”
金柔又補了一句:“要快。”
散會的時候,已經快十點了。
大家三三兩兩往外走,有人還在討論技術細節,有人已經惦記著回家睡覺。
搪瓷缸子碰撞的聲音、椅子挪動的聲音、說話的聲音混在一起,嘈雜而有序。
呂辰走在最後面。
他在走廊裡站了一會兒,點了一根菸,慢慢抽著。
遠處,軋鋼廠的煙囪還在冒著白煙,在夜空中被風吹散。
路燈的光在地面上投下一片昏黃。