可再生能源正在全面挑戰傳(chuán)統能源的産出方式，比如2016年光(guāng)伏(fú)上網價格和風電電價均已出台下(xià)調方案。雖(suī)然趨勢(shì)如此，但(dàn)國家能源局近年來的統計數據表明(míng),發(fā)電量的七成仍源(yuán)自火(huǒ)電發電，包括水、風(fēng)、核電、太(tài)陽能等新能源并未對傳統能源形成強勢沖擊。
可是,目前國内電力市場已日趨飽和，在國家扶持新(xīn)能源的政策下，火力發電等傳統發電形式“上大壓小”，采用(yòng)大功率設備已成為電(diàn)力行業的共識。
“大”帶來的挑戰
作為我國(guó)制造大型電力設備的主力廠商，上海電氣電站設備有(yǒu)限公司發電機(jī)廠(chǎng)（SEPC）隸屬于上海電氣集團股份有限公司電站集團，是與德國西門子公(gōng)司合(hé)資的企業，主要(yào)從(cóng)事火電、核電、燃機領域的大型發電機(jī)成套産(chǎn)品的研發和制造。
從2004年(nián)開始，上海發電機廠火力發電機組的生産、銷售、以及訂單數量連續(xù)保持世界第一。近(jìn)幾年公司1000MW等級水氫冷機組每年的訂單量基本穩定在9000MW～13000MW範圍(wéi)内，國内市場占有率約80%，600MW等級水氫冷機組年訂單量本穩定在6000MW～9000MW，國内(nèi)市場占有率約(yuē)60%，産品遠銷多個國(guó)家。
我國現有的300MW、600MW、1000MW水氫冷汽輪發電機效率、年運行小時等參數均已達(dá)到國際先進水平，近(jìn)年國家規定國内能生産的亞臨界600MW及以下(xià)容量機組一般不再進口，這加快了對我國電站建設制造業的(de)發(fā)展。電站制造(zào)業是國家重要的基(jī)礎工業之一，法國、德(dé)國、日本、俄羅斯(sī)、美國的大型核電站、火電站的絕大(dà)部分機組都是本國制造的。
随着“上(shàng)大壓小”政策的實施，SEPC目前已經形成完善的空冷50MW～200MW等級、雙水内水冷60MW～340MW等級(jí)、水氫冷200～1000MW等級等系列産品，在超超臨界1000MW級火電、核電及燃氣輪發電機等重大(dà)項目(mù)上實現了曆史性(xìng)突破，目前正在研發國際上最大容量(liàng)的1800MW級(jí)核電(diàn)發電(diàn)機、1200MW級火電發電(diàn)機等産品，以形成新(xīn)的發電(diàn)機核心技術(shù)，不斷(duàn)提高企業核心(xīn)競(jìng)争(zhēng)力。走進SEPC的廠房，可(kě)看到：主(zhǔ)廠房長(zhǎng)312米，寬36米，高34米，吊重(zhòng)能力可達500噸，具備了可加(jiā)工目前世(shì)界上最大容量——1800MW四極核電發(fā)電(diàn)機和年産量3000萬千瓦的生産能力。
随着等(děng)級的提升，發電設備尺寸也随之加大，動(dòng)辄上百噸、幾十米的大型設(shè)備(bèi)給加工帶來的不僅僅是(shì)不便，加工難度也随之提(tí)升(shēng)。
由于發電設備産品的特性，對設備的可靠性有着嚴格的要求。比如轉子是大型電力(lì)設(shè)備—發電機中的核(hé)心部件，其加工質(zhì)量的好壞影響了發電機的運行質量。且轉子胚件尺寸大，成本不菲，供(gòng)應有(yǒu)限，雖加工要求高，但也必須加工零失誤率。
此外發(fā)電設備中其他(tā)一(yī)些典型關鍵零部件如(rú)轉子輪槽(cáo)以及轉子嵌線鸠(jiū)尾槽等(děng)的切削加工，由于被加工材料屬于耐熱高強度合(hé)金鋼、不鏽鋼(gāng)等難加工材料，切(qiē)削量大、切削負荷重(zhòng)，對數控刀具的切削性能，諸如高溫紅硬性、彎曲剪(jiǎn)切強度、抗磨損性、抗粘接性、摩擦系數等有很高的(de)要求。
發電設備中典型關鍵零(líng)部件如轉子輪槽以(yǐ)及轉(zhuǎn)子嵌線鸠尾槽，屬于(yú)耐熱高(gāo)強度合金鋼、不鏽鋼等難加工材料，切削量(liàng)大、切削負(fù)荷重，對數控刀(dāo)具的切削(xuē)性能有很高的(de)要求
對1000MW及以上的(de)二(èr)級發電機轉子來(lái)說，其本體嵌(qiàn)線槽由于槽(cáo)深深度大（100mm以上）,槽壁薄（15mm左右）如下圖所示，剛性差，易引(yǐn)起加工變形，加工困難。
對1000MW及以上的二級發電(diàn)機轉子來說，整體靜(jìng)态(tài)撓度大，其本體嵌線槽由于槽深深度(dù)大,槽壁薄，剛性差，易引起加工變形，加工困難
但難點正是關(guān)鍵點。控制和減少二極轉子嵌線槽的切(qiē)削變形，是提高轉子運轉精(jīng)度(dù)、保證發電機運行品質的(de)關鍵。一般來說嵌線槽在加工(gōng)中發生變形，嵌線槽槽口變形量可達到 0.5mm。要減小變形(xíng)，必須選擇合适的切削力并減小(xiǎo)降(jiàng)低殘餘應力。這不僅(jǐn)對工藝工程師和操作人員提出了高(gāo)要求，其高精度複雜型面的切(qiē)削對數控刀具本身的精度也提出了更(gèng)高的要求。
難點重重
機加工是發電機組生産的重(zhòng)要環節，發電機(jī)轉子、定(dìng)子、機座等部件切削量很大(dà)，對機床和刀具要(yào)求都很高。汽輪發電機轉軸嵌線槽是采用專用可轉(zhuǎn)位轉子槽盤銑刀，在數控轉子槽銑(xǐ)床上(shàng)加工而成。由于轉軸材質為高(gāo)強度合金鋼，切削槽深、銑刀直徑大(dà)、切削(xuē)速快，對刀具綜合性能要求很高。
以轉子加工為(wéi)例(lì)，鍛造出的原(yuán)材料工件首先要(yào)經過車削，然後是銑削加工。銑削分粗銑和精(jīng)銑，每個工(gōng)序分兩步又分兩步走。“銑槽必須要分段，因為(wéi)牽扯到轉子的動平衡。”這是每個工藝操(cāo)作人員都所熟稔的(de)。
轉子本體(tǐ)外圓有一圈軸向方向的嵌線槽，業内也稱之為轉(zhuǎn)子縱樹型(xíng)輪槽，有時(shí)每個轉子的嵌線槽會多(duō)達30多條。發(fā)電機(jī)轉子槽形整體加工(gōng)要(yào)求較高：整槽寬度公差要求≤0.2mm、等分(fèn)度要(yào)求≤0.02°、粗(cū)糙度要求≤Ra3.2，其次工藝要求(qiú)的加工效率要高，需要兼顧機床加工性(xìng)能及刀具切削性能。
要提高産品的性能一般有兩種途徑，一是加大資金投資購買設備，或者求助外(wài)協；還有一(yī)種辦法就是(shì)對刀具(jù)切削(xuē)工藝進行改進——這是最直接的手(shǒu)段(duàn)，如果刀具的切削效率能夠提高一(yī)倍，就相當于增加了一台機床(chuáng)，它帶來的效果立竿見影，事半功倍。SEPC的轉子槽加工工序中(zhōng)大量使用了各種(zhǒng)盤銑刀(dāo)和鸠尾銑刀，所(suǒ)用刀具以德國瓦爾特公司(sī)提供的可轉位盤銑刀和可轉位鸠尾銑刀為主。
國内發電機(jī)制造技術發展經曆了三個階段，制造工藝也從手工、機械、數顯加工為主，逐步(bù)發展到數控(kòng)智能化加工，轉子嵌線槽内鸠尾槽的加工刀具從之(zhī)前高速(sù)鋼(gāng)材質(zhì)演變到(dào)可轉位刀片刀(dāo)具。起初(chū)，SEPC和原來合作的刀具供應商(shāng)也已将部分方案做成了硬(yìng)質合金可轉位刀片方案。但(dàn)其中一(yī)款刀具從定方案到(dào)制造、試加工、修改方案，幾次反複試加工總共花(huā)了近(jìn)兩年的時間(jiān)，最終仍然不符合(hé)技術要求，最主要的原因在于整體加(jiā)工性能不好，工件的表面質量無(wú)法保證。了解到相關發電行業的一些成功案例後，具(jù)有較豐(fēng)富經驗的瓦爾特進入了SEPC的(de)備選名單。
應用在300MW等級上的粗齒型粗銑盤銑刀是瓦爾特和SEPC的首個合作(zuò)成果。因為轉子槽粗加工加工餘量大，要求良(liáng)好的(de)排屑功能，此外關(guān)鍵還(hái)不能出(chū)現拉鐵圈、磨痕。300MW的嵌線槽槽寬38mm,粗銑刀選(xuǎn)用的切寬是36mm，單邊(biān)留1個毫米左右精(jīng)銑餘量。常規的加工工藝是(shì)：第(dì)一步(bù)盤銑刀粗銑後鸠尾槽粗銑，接着盤銑刀第二、三(sān)…刀粗銑，結束後再(zài)進行盤銑刀精銑，一般都是整槽形一(yī)刀到底，然後再進行鸠尾精(jīng)銑。這其中所使用的粗銑盤銑刀就(jiù)是瓦(wǎ)爾特牌号為WF341-6092000的盤銑刀，它采(cǎi)用卡口式刀(dāo)座設計，極适合用于(yú)電機轉子(zǐ)槽粗/精加(jiā)工，刀體剛性極好，加(jiā)工效率高(gāo)，特别是在精加工時(shí)，表面無明顯刀(dāo)痕，粗糙度非常(cháng)好。
改變看得見
現在(zài)看起來一切都很順利，但實際上雙(shuāng)方在設計這款刀具時，也是一波三(sān)折。
由于轉子(zǐ)槽底比(bǐ)較大，因此刀具加工時受到(dào)的阻力比較大，刀盤的抗震性也會差一點。瓦爾特定制的刀具最初被設計成波浪形，效果并(bìng)不理想，前後實驗了3次：第一次(cì)把刀(dāo)座做了調整，第二次是把刀具運回到德國改進，但還有小缺陷，第三次又重新訂做了一套新的(de)刀座。但是雙方都有着“不(bú)達目的不罷休的勁頭”，數(shù)次在加工現場(chǎng)商讨試(shì)驗，最終提供出幾近(jìn)完美的(de)解決方案。現在瓦爾(ěr)特刀具(jù)在SEPC的應用已經越來越多，隻要有新的産(chǎn)品設計都會在第(dì)一時間看到瓦爾特資深技術人員的參(cān)與(yǔ)。
同時，降本(běn)增效也是SEPC選擇刀具的重要條件。比如(rú)600MW鸠尾(wěi)槽由高速鋼刀具更(gèng)換為瓦爾(ěr)特的刀具後粗(cū)糙度由原先的Ra6.3提(tí)高至不大于Ra3.2，加工(gōng)效率由原(yuán)先使(shǐ)用高速鋼(gāng)刀具加工(gōng)每個(gè)槽需90分鐘，提高到使用硬質合金刀具後隻需30分鐘。雖然刀片消耗(hào)成本略高(gāo)于高速鋼刀具方案，但由于加工工時減少，且加工進給量由于比原先提高(gāo)不少：可以從原來的不足100mm/min提高(gāo)到240～280mm/min，綜合計算下來，實際加工成本的降低依然可觀。
目前，1000MW水氫(qīng)冷、600MW水氫冷III型、300MW水氫冷是SEPC訂單最多的拳頭産品，年産台份數在25～35台，每年總(zǒng)的産品制造容量(liàng)穩定在2000~3000萬千瓦（3000萬千(qiān)瓦機組一年發電量可達2400億度）。此外水冷機組也是SEPC另(lìng)一項引以為傲(ào)的自主開發産品，至今已累積制造(zào)的水冷機組台份(fèn)數超過650台。目(mù)前，SEPC也已經在研發世界(jiè)660MW最大水冷發電機組及(jí)1200MW等級世界最(zuì)大二極發電機(jī)機(jī)組。
随着中國裝備制造業的發展，未來生産企(qǐ)業對機床和刀具的要求(qiú)也越來越高。金屬切削機床和刀具(jù)作為切削加工(gōng)的基礎工藝裝備，被稱為 “孿生兄弟”，機床依靠(kào)優良的“牙齒”才能發揮最佳作(zuò)用。可以說刀具性能和質量直(zhí)接影響到整體生産效(xiào)率的高低、加工(gōng)質量的好壞，以及生産(chǎn)技術水平和經濟效益(yì)，所以國(guó)外企業才有“企業的紅利在刀(dāo)刃上”的(de)說法。SEPC正緻力(lì)于此。
