可再(Zai)生能源正在全面[Mian]挑(Tiao)戰傳統能源的産(Chan)出方式，比如2016年光伏上網價格和風電電價[Jia]均已出台下調[Diao]方案(An)。雖然趨勢如此，但國家能源局近年來的[De]統計數據表明,發電量的七成仍源[Yuan]自火電發電，包括水、風、核電、太陽能等新能源并未(Wei)對[Dui]傳統能源形[Xing]成強勢沖擊。

可是,目(Mu)前[Qian]國内電力市場已[Yi]日趨飽[Bao]和，在國家扶持新(Xin)能源的政策下，火力發電等[Deng]傳統發電形式“上大壓小”，采用[Yong]大(Da)功率設備(Bei)已成為電力行業的共識。 

“大(Da)”帶來的(De)挑(Tiao)戰

作為(Wei)我國(Guo)制造大型電(Dian)力(Li)設備的主[Zhu]力廠商，上海電氣電[Dian]站設備有限公司(Si)發(Fa)電機廠（SEPC）隸[Li]屬于上[Shang]海電氣集團股份有限公司電站(Zhan)集團，是與德國西門[Men]子公司合資的[De]企業，主要從事[Shi]火電、核電、燃機[Ji]領域的大型發[Fa]電機成套産品的研發和制[Zhi]造。

從2004年開始(Shi)，上[Shang]海發電機廠火力[Li]發(Fa)電機[Ji]組的生産、銷(Xiao)售、以及訂單(Dan)數量連(Lian)續保持世界第[Di]一。近幾年公司1000MW等級水氫冷機組每年的(De)訂單量基(Ji)本(Ben)穩定在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單量本穩定在(Zai)6000MW～9000MW，國内市場占有(You)率約[Yue]60%，産品遠銷(Xiao)多個國家。

我國現有的300MW、600MW、1000MW水氫冷[Leng]汽輪發電機效率、年運行(Hang)小時等參數均已(Yi)達(Da)到國際先(Xian)進水(Shui)平，近年國家規定國[Guo]内能生産[Chan]的亞[Ya]臨界600MW及以下容量(Liang)機組一般不再進(Jin)口，這加快了[Le]對我國[Guo]電站建設制造(Zao)業的發展。電站[Zhan]制造業是國家重要(Yao)的基礎工業之一(Yi)，法國、德國、日本、俄(E)羅斯[Si]、美國的大型核電站(Zhan)、火電站[Zhan]的絕大部分[Fen]機組都是本[Ben]國制造的。

随(Sui)着“上大壓小”政策的實施，SEPC目前已經形成[Cheng]完善的空冷50MW～200MW等級、雙水内水冷[Leng]60MW～340MW等級[Ji]、水氫冷200～1000MW等級(Ji)等系列産品，在超(Chao)超臨界1000MW級(Ji)火電、核電及燃[Ran]氣輪發[Fa]電(Dian)機等重大項目上實現了曆史性突[Tu]破，目前正在研[Yan]發國(Guo)際上(Shang)最大容量的[De]1800MW級核電發電機、1200MW級火電(Dian)發電機等産品，以形成新的(De)發電機核心(Xin)技術(Shu)，不斷提高企業(Ye)核心競争力。走[Zou]進SEPC的[De]廠房，可看[Kan]到：主廠(Chang)房[Fang]長312米，寬36米，高34米(Mi)，吊重[Zhong]能力可達500噸，具備了[Le]可加工目(Mu)前世界上最大[Da]容[Rong]量——1800MW四極核電[Dian]發電機和年産量3000萬千(Qian)瓦的生産能力。

随(Sui)着等級的提升，發[Fa]電[Dian]設備尺寸也(Ye)随之加大，動辄上百噸、幾十米的大型設備給加工帶來的不僅僅是不便，加工難度也随之提升。

由于發電設(She)備産[Chan]品的特性，對(Dui)設備的可靠[Kao]性有着嚴格的[De]要求。比如[Ru]轉子(Zi)是大型電力設(She)備—發電機中(Zhong)的(De)核心部件，其加[Jia]工質量的好(Hao)壞影響了發電機的運[Yun]行質量。且轉子胚件尺寸大，成本不菲，供應有限，雖加(Jia)工要求高，但(Dan)也必須加工零失誤率[Lü]。

此外發電設備(Bei)中其他一些典型關鍵零部[Bu]件如轉子[Zi]輪槽以及轉子嵌線[Xian]鸠尾槽等的切削[Xue]加工，由于被[Bei]加(Jia)工材料(Liao)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(Fu)荷重，對數控刀(Dao)具的切削性能，諸如高[Gao]溫紅硬性、彎曲剪切強度、抗磨損性、抗[Kang]粘接性、摩[Mo]擦系[Xi]數等有很高的要求。

發電設備中典[Dian]型關鍵零部件如轉子輪槽以(Yi)及轉子嵌線鸠尾槽，屬于耐熱高[Gao]強度合[He]金鋼(Gang)、不鏽鋼等(Deng)難加工材料，切(Qie)削量大、切削負荷重，對數控刀(Dao)具的切削性能有很高的要求(Qiu)

對1000MW及以上的二級發電機轉[Zhuan]子來說，其本體嵌[Qian]線槽由[You]于槽深深度大（100mm以(Yi)上）,槽壁薄(Bao)（15mm左右）如下圖所示，剛性差[Cha]，易引起加(Jia)工變(Bian)形，加工困(Kun)難[Nan]。

對1000MW及以上的二級(Ji)發電機轉子來說，整體靜态[Tai]撓(Nao)度大，其本[Ben]體嵌線槽由于槽深深度大,槽壁薄，剛性差，易引(Yin)起[Qi]加工變形，加工困難

但難點正是關鍵點。控制和減少二極轉子嵌線槽[Cao]的切削變形，是提(Ti)高(Gao)轉子運轉精[Jing]度、保證發電機運行品質的關鍵[Jian]。一[Yi]般來說嵌線(Xian)槽在加工中發生變[Bian]形，嵌[Qian]線槽槽口變[Bian]形量可(Ke)達到 0.5mm。要減小[Xiao]變形，必須選擇合适的切削力(Li)并減小降低(Di)殘餘應力。這不僅對工藝(Yi)工(Gong)程師和(He)操作人員提出了高要求(Qiu)，其高精度複雜型面[Mian]的切削[Xue]對數控(Kong)刀(Dao)具[Ju]本身的精度也提出(Chu)了更高的要求。

難點重重

機加[Jia]工是[Shi]發電機組生産的重[Zhong]要環節，發[Fa]電機轉子、定子、機座等部件切[Qie]削量很大，對機[Ji]床和刀(Dao)具要求[Qiu]都很[Hen]高。汽輪發電機轉軸嵌線槽是[Shi]采用專[Zhuan]用[Yong]可轉位轉[Zhuan]子槽盤銑刀(Dao)，在數控轉子(Zi)槽銑床上加工而成。由于[Yu]轉軸材質為高強度合金鋼，切(Qie)削槽深、銑刀直徑大、切削速快，對刀具綜[Zong]合性能要[Yao]求很高。

以轉子加工為例，鍛造出的原材料工件首先[Xian]要經[Jing]過車削，然後(Hou)是銑削加工。銑削分(Fen)粗銑[Xi]和精銑，每個工序分(Fen)兩步又分兩步走[Zou]。“銑槽必[Bi]須要(Yao)分段[Duan]，因為牽(Qian)扯到轉子的[De]動平衡。”這是每個工(Gong)藝操作人員都所熟[Shu]稔的。

轉子本體外圓有一圈軸向方向的[De]嵌線槽，業内也稱之為轉子縱(Zong)樹(Shu)型輪槽，有時[Shi]每個轉子的嵌線槽(Cao)會多達30多條。發電(Dian)機轉子槽形整體[Ti]加工要求較高：整槽[Cao]寬度公差要求[Qiu]≤0.2mm、等分度要求≤0.02°、粗糙度要求[Qiu]≤Ra3.2，其次工藝[Yi]要求的加[Jia]工效率要高，需要兼顧機床加[Jia]工性能及刀具[Ju]切削性能。

要提[Ti]高産品的性能一(Yi)般有兩種途徑，一是加大資金投資購買設備，或者求助外協；還有一種辦法就是對刀具(Ju)切削工藝進[Jin]行改進——這是最直接的手(Shou)段，如果刀具的[De]切削效(Xiao)率能夠提高一[Yi]倍，就相當于[Yu]增(Zeng)加了[Le]一台機床，它帶來[Lai]的效果立竿(Gan)見影，事半功倍。SEPC的轉子槽加工工序中大量使用了(Le)各種盤銑刀和鸠[Jiu]尾(Wei)銑刀，所用刀具以德國瓦爾特公司提供的可轉位盤銑刀和可轉位[Wei]鸠尾銑(Xi)刀為主。

國内發[Fa]電[Dian]機制造技術發展經曆了三(San)個階段，制造工[Gong]藝(Yi)也從手工、機械、數顯加工為主[Zhu]，逐步發展到(Dao)數控智能[Neng]化加[Jia]工，轉子嵌線(Xian)槽内鸠尾槽的加工刀(Dao)具從之前高(Gao)速鋼材質演(Yan)變到(Dao)可轉位刀片刀具。起(Qi)初，SEPC和[He]原來合(He)作(Zuo)的刀具供應商也已将部[Bu]分方案做(Zuo)成了硬質合金可[Ke]轉位刀片方案。但其(Qi)中一款[Kuan]刀具從定方案[An]到制造、試[Shi]加工、修改方案，幾[Ji]次反複試加工總共花了近兩年的時間，最(Zui)終仍[Reng]然(Ran)不符合技術[Shu]要求，最主要的(De)原因在于(Yu)整體加工性能不好，工件的表面質(Zhi)量無法保證。了[Le]解到相關發電行業的一(Yi)些成(Cheng)功案例後，具有(You)較豐[Feng]富經(Jing)驗的瓦爾特進入了SEPC的備選名(Ming)單。

應用在300MW等級上的(De)粗齒型粗銑盤銑刀[Dao]是瓦爾特(Te)和SEPC的首個合作(Zuo)成果。因為轉子槽粗加工加(Jia)工餘量[Liang]大[Da]，要求良[Liang]好的排屑功能(Neng)，此[Ci]外關鍵還不(Bu)能出現拉鐵圈、磨痕。300MW的嵌線槽槽寬38mm,粗銑刀選用的[De]切寬是36mm，單邊留1個毫米左右精銑餘量(Liang)。常規的加工[Gong]工藝是：第一(Yi)步盤銑刀粗銑後鸠尾(Wei)槽粗銑，接着盤(Pan)銑刀第二、三[San]…刀(Dao)粗銑，結束後再[Zai]進行盤銑刀精銑，一(Yi)般都是整槽(Cao)形一刀到底，然後再進行鸠[Jiu]尾精銑。這[Zhe]其中所使用的粗銑盤銑刀就是瓦(Wa)爾[Er]特牌号為WF341-6092000的盤(Pan)銑刀，它采用[Yong]卡口(Kou)式刀座設計，極适[Shi]合(He)用于(Yu)電機轉子槽粗/精加工，刀體(Ti)剛性極好，加工效率高，特别是在精加工時，表面無明顯刀痕，粗糙度[Du]非常好。

改[Gai]變看得見(Jian)

現在(Zai)看起來一切都[Dou]很順利，但實際[Ji]上雙[Shuang]方在設計這[Zhe]款刀具時，也(Ye)是一波三折。

由于轉子槽(Cao)底比[Bi]較大，因此[Ci]刀具加工時受到的阻力比較大，刀[Dao]盤的抗震性也會差一點。瓦爾特定(Ding)制的刀具最初被[Bei]設計成[Cheng]波浪形，效果并不理想，前後(Hou)實驗了3次：第一次(Ci)把刀座[Zuo]做了調整，第(Di)二次是把刀[Dao]具(Ju)運回到德國改進，但還有[You]小缺陷，第三次又重新訂做了一套新的刀座[Zuo]。但是雙方都有着“不達目的不[Bu]罷休的勁頭”，數次在(Zai)加工現場商讨試驗，最終提供出幾近完(Wan)美的解決方案。現在(Zai)瓦爾特刀具在SEPC的應用已經越[Yue]來越多，隻(Zhi)要(Yao)有新的産品[Pin]設計都會在第一時間看到瓦爾特資深技術[Shu]人員的參與。

同時[Shi]，降本增效也是SEPC選擇刀[Dao]具的重要條件。比如600MW鸠尾槽由高速[Su]鋼刀具更換為瓦爾特的刀具後粗糙度由原先的Ra6.3提高[Gao]至不大于[Yu]Ra3.2，加工效率由原(Yuan)先使用高速鋼刀具加工每個槽需90分(Fen)鐘，提高到使用硬[Ying]質合金刀具後(Hou)隻需30分鐘。雖然[Ran]刀片消耗成本(Ben)略高于高速鋼(Gang)刀具方案[An]，但由[You]于加工工時減少，且(Qie)加工進給量由(You)于比原先提高不少(Shao)：可[Ke]以從原來的[De]不足100mm/min提高到(Dao)240～280mm/min，綜合計算下來，實(Shi)際加(Jia)工成本的降低(Di)依然可觀。

目前，1000MW水氫冷、600MW水氫冷[Leng]III型(Xing)、300MW水(Shui)氫[Qing]冷是SEPC訂單最多的拳頭[Tou]産品，年産台份數在25～35台，每年總的産[Chan]品制[Zhi]造[Zao]容[Rong]量穩定在2000~3000萬千瓦（3000萬千瓦機組(Zu)一年發電量可[Ke]達2400億[Yi]度）。此外水(Shui)冷機組也是SEPC另(Ling)一項引[Yin]以(Yi)為傲的自主開發[Fa]産(Chan)品，至今已累積[Ji]制造的水冷機(Ji)組台份數[Shu]超過[Guo]650台。目(Mu)前，SEPC也已經[Jing]在研發(Fa)世界660MW最大水冷發電機(Ji)組及1200MW等級世界[Jie]最大二極(Ji)發電機機組(Zu)。

随着中國裝[Zhuang]備制造業的發展，未來生(Sheng)産企業(Ye)對機床和刀具的要求也越來[Lai]越高。金屬切削機床和刀具作為切削[Xue]加工的基礎工[Gong]藝裝備，被稱為 “孿生兄弟”，機床依靠優良的“牙[Ya]齒”才能發揮[Hui]最(Zui)佳作用。可以[Yi]說刀具性能和質(Zhi)量直接[Jie]影響到[Dao]整體(Ti)生産效率的高低、加工質[Zhi]量的好壞，以及(Ji)生産技術水平和經濟效益，所以國外企[Qi]業才有“企業的紅利[Li]在刀刃上”的說法。SEPC正緻力[Li]于此。