透平机械叶片是配套国家重大先进动力装备的关键零部件之一，其制造水平，在较大程度上反映了一个国家先进制造业的水平。过去多年来，由于国产设备落后，我国透平机械叶片制造企业大量采购进口高精度数控机床，不仅费用高昂，而且核心制造能力受制于人。

自2009年以来，国家启动了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项（以下简称“04专项”），重点围绕航空航天、汽车、发电设备和造船领域的应用急需，开发能够替代进口的国产高档数控机床，从而为这些行业的发展提供了装备支撑。

2011年，在04专项的支持下，无锡透平叶片有限公司牵头承担了“透平机械叶片制造应用国产高档数控机床示范工程研究”课题（课题编号：2011ZX04015-011），联合北京机电院机床有限公司、北京工研精机股份有限公司、东方电气集团东方汽轮机有限公司、科德数控股份有限公司、济南二机床集团有限公司以及清华大学、华中科技大学等8家单位，通过将04专项支持研制的15台国产高档数控机床组成示范生产线，用于百万等级核电及超超临界汽轮机大叶片、燃气轮机压气机叶片等透平机械叶片的制造，来综合验证国产高档数控机床的技术水平。这15台国产高档数控机床包括：北京机电院机床有限公司研制的8台XKH800Z 五轴联动叶片加工中心、北京工研精机股份有限公司研制的2 台μ2000-630H 卧式五轴四联动叶片加工中心、大连科德数控有限公司研制的2台KTurboM3000五轴联动叶片加工中心以及东方电气集团东方汽轮机有限公司研制的2台MK2600大型六轴数控砂带磨床和济南二机床集团有限公司研制的一台XKV2525A×60 桥式五轴龙门加工中心。在与进口设备的加工对比中，找出了每一类国产设备存在的问题，并分别提出了改进措施，比如：

由北京机电院机床有限公司研制的8 台XKH800Z 五轴联动叶片加工中心，是在04专项2009 年课题成果——XH400A 五轴联动叶片加工中心基础上改进的设备，主要针对汽轮机、燃气轮机中使用的小叶片加工而设计，配置了X、Y、Z 3个直线轴和A、B两个回转坐标。机床使用SIEMENS 840D和GSK数控系统及SIEMENS电主轴，转速高、动力大，特别适合加工各类复杂型面叶片，具有精度高、速度快和自动化程度高的优点。此外，该机床还配有大罩密封及自动排屑和过滤装置，并增加了自动上下料功能，从而更好地适应了中小型透平叶片的加工需求。然而，在可靠性考核期间，XKH800Z机床出现了排屑器卡死、Y轴抖动、冷冻液泄漏以及尾座夹具夹紧未到位等故障，而且加工的部件出现了叶冠表面有刀花纹、进出气边表面有横线纹路等缺陷，对此，提出了以下改进要求：

1. A1和A2轴的同步耦合方式没有自动调节功能，如同步偏差超出设定值即会报警停机，从而影响叶片的加工精度和效率，因此，要求开发双驱A1与A2轴的同步耦合自动调节功能。

2. 主轴松刀，各轴锁紧装置、头架及尾架夹具夹紧装置都是液压驱动，而使用的液压系统无保压装置，液压泵电机一直处于运行状态，导致液压电机使用寿命较短。因此，要求液压系统增加蓄能器保压装置，减少液压电机的运行时间以延长使用寿命，并增强液压系统的稳定性。

3. 防护装置保护不到位，导致外围辅助设施容易进水、进铁屑（开关进水、水气管被扎破）以及切屑液外溅，要求改进防护装置。

经改进后，对XKH800Z五轴联动叶片加工中心的加工精度和运行可靠性进行了检测考核，对所加工叶片的尺寸和形状位置精度等与进口机床加工的同样产品进行了比对，结果表明，XKH800Z五轴联动叶片加工中心的加工效率略低于斯达拉格HX151设备，平均效率约为86%，为哈米尔HSTM30机床效率的100%；XKH800Z机床的CPK及CP值，与哈米尔HSTM300机床的相当。改进后，XKH800Z五轴联动叶片加工中心完全适合加工各种类型的中小叶片，同斯达拉格HX151机床的加工适应性保持一致。目前，该设备各项技术指标已达到课题合同书的技术要求。

XKH800Z五轴联动加工中心

由大连科德数控有限公司研制的2台KTurboM3000五轴联动叶片加工中心，是在04专项2009年课题成果——KDW-4200五轴联动卧式车铣复合加工中心基础上改进的设备，并装备了04专项课题成果——光纤总线开放式高档数控系统、伺服驱动、力矩电机及驱动等。由于采用原设计的一台KDW-6600FH五轴卧式车铣复合加工中心在投产后发现并不适合加工大直径的叶片，且加工效率低，无法完成课题任务，因此，无锡透平叶片有限公司与大连科德数控有限公司合作，重新研制了KTurboM3000五轴叶片铣削加工中心，该设备现已成为国内能够加工最大汽轮机叶片的五轴联动加工中心，打破了进口垄断。基于实际生产中出现的问题，以及前期叶片加工试验中发现的问题，无锡透平叶片有限公司对该设备提出了以下改进建议：

1．增加夹具与机床之间的快速连接装置，提高夹具更换安装的速度，以提高生产效率，满足无锡透平叶片有限公司不断提高的生产效率要求。

2．在KTurboM3000大型五轴联动叶片加工中心的显示屏上增加顶尖压力值显示功能，以在叶片加工过程中随时掌握顶尖顶紧时的压力，确保加工叶片的质量。

经改进后的KTurboM3000大型五轴联动叶片加工中心与进口机床相比，实际产能略低于LIECHTI 2600XL设备, 平均效率约为91%，为斯达拉格HX251机床效率的100%。同时采用KTurboM3000和 2600XL对同类产品进行加工，结果两台设备的 CPK和CP值相当，表明 KTurboM3000具备了良好的叶片加工能力。

KTurboM3000五轴叶片铣削加工中心

XHV2525*50高架式龙门加工中心

MK2600大型六轴数控砂带磨机床

μ2000/630卧式加工中心

总之，通过课题实施，主要解决了以下重大问题：

1. 透平机械叶片形状复杂，加工难度大，因此，要求加工设备及配套设施必须整体上具备较高的技术水平。对此，先进、高质量的机床硬件是基础，控制系统、运动分析与补偿、在线技术和自动化等软件技术是实现高效稳定加工的关键，也是国产设备普遍存在的软肋。基于此，机床承制单位对机床的机构设计、动态分析与补偿、可靠性技术、随行夹具自动装夹技术和叶片自动上下料等适应性技术进行了深入研究，令国产高档数控机床适应了透平机械叶片的生产需求，提升了机床的整体应用水平。

2. 特大叶片的砂带磨以及特大叶片模具的五轴加工，是特大叶片制造中的一大难点。通过对叶片加工编程技术、67 英寸以上特大核电叶片的砂带磨以及叶片大模具的五轴加工等关键技术进行研究，提升了国产高档数控机床在透平机械叶片磨削和特大模具制造中的应用水平。

3. 通过开展刀具检测、柔性生产物流系统以及成线设备的管控一体化平台等技术研究，实现了国产数控机床在数字化平台上的集成和应用推广。

4. 通过国产和进口设备在叶片五轴加工中的对比试验，提出了国产高档数控机床的改进措施，令国产高档数控机床的技术水平显著提升，实现了进口替代，满足了加工透平机械叶片的生产需求，为实现透平机械叶片的国产化和自主化提供了装备保障。

值得一提的是，本课题大量使用国产数控机床组成示范生产线用于各类叶片产品的加工，这在国内的发电设备制造行业尚属首创，具有良好的社会效益，同时也为机床制造企业带来了良好的经济效益。未来3年，本课题产生的示范效应会带动一批机床制造企业向发电设备行业领域渗透，为叶片制造企业提供高品质、高性能的各类国产数控加工装备，以推动电站汽轮叶片加工企业提升国产数控机床的使用率。

依托本课题，应用国产高档数控机床实现大叶片的国产化，将有助于国内的发电设备行业进一步研发出具有自主知识产权的核电机组大叶片，超临界、超（超）临界汽轮机末级大叶片，航空发动机叶片等国家重大装备所需的透平机械叶片产品，加速推动国家发电装备的国产化进程。