可再生能[Neng]源正[Zheng]在全面挑戰傳統能源的産出方(Fang)式，比如2016年光(Guang)伏上網價格和風電電價[Jia]均已[Yi]出台下調方案。雖然[Ran]趨勢如此，但[Dan]國家能源局近年來的統計數據表明,發電量的七成仍源自火電發電，包括水、風、核電、太[Tai]陽能等新能(Neng)源并未對傳統(Tong)能源形成[Cheng]強勢沖擊。

可是,目前國(Guo)内[Nei]電力市場已(Yi)日趨(Qu)飽和，在國[Guo]家扶持[Chi]新能源[Yuan]的政策下，火力(Li)發電等傳統發電形[Xing]式“上大壓(Ya)小”，采用大功率設(She)備已成為電(Dian)力行業的共識(Shi)。 

“大”帶來[Lai]的挑戰

作為我國制造大型電力設備[Bei]的主力廠(Chang)商，上海電氣電站設(She)備有限公[Gong]司發電機廠（SEPC）隸屬于(Yu)上海電氣集[Ji]團股份有限公司電站集團[Tuan]，是[Shi]與德國西門子公(Gong)司合資的企業，主要從事火(Huo)電(Dian)、核電、燃機(Ji)領域的大型[Xing]發電機[Ji]成套[Tao]産品的研發和制造。

從2004年開始，上海發電機廠火力發電[Dian]機組的生産、銷售、以及訂單數量連續保(Bao)持世(Shi)界第一。近幾[Ji]年[Nian]公司1000MW等級(Ji)水(Shui)氫冷機(Ji)組每年的訂單量基本穩定在9000MW～13000MW範圍内，國[Guo]内市(Shi)場占有率約80%，600MW等(Deng)級水[Shui]氫冷機組年訂單量(Liang)本穩[Wen]定在6000MW～9000MW，國内市場占有率約[Yue]60%，産品(Pin)遠銷多個[Ge]國[Guo]家。

我國現有的300MW、600MW、1000MW水[Shui]氫[Qing]冷汽輪發電機效率、年(Nian)運行小時等參[Can]數均已達到(Dao)國際先進水平，近年國家規定國内能[Neng]生産的亞臨界600MW及以下容(Rong)量機組一般[Ban]不再進口，這加快了對我國電站建設制造業的發[Fa]展。電站制造[Zao]業(Ye)是國家重要的基(Ji)礎工業之一，法國、德國、日(Ri)本、俄羅斯、美國的(De)大型核電站(Zhan)、火電[Dian]站的絕大[Da]部分機組[Zu]都是本國制造的。

随(Sui)着“上(Shang)大壓小”政策的(De)實(Shi)施，SEPC目前[Qian]已經形成完善的空冷50MW～200MW等級、雙[Shuang]水内水冷60MW～340MW等級(Ji)、水氫[Qing]冷200～1000MW等級等[Deng]系列産品，在超超臨界1000MW級火電[Dian]、核電及燃氣輪(Lun)發電機等重大[Da]項目上實現了曆史性突破，目(Mu)前正在研發國際上[Shang]最大容量的1800MW級核電(Dian)發電機、1200MW級火電發電機等産品，以形(Xing)成新的發電機核心技術[Shu]，不斷[Duan]提高企業核心[Xin]競争力。走進SEPC的廠房，可看到：主(Zhu)廠房長312米，寬36米(Mi)，高34米，吊重(Zhong)能力(Li)可達500噸[Dun]，具備了可加(Jia)工目前世界(Jie)上最大[Da]容量(Liang)——1800MW四(Si)極核電發電[Dian]機和年産量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，動辄上百噸、幾(Ji)十米的大型設備(Bei)給加工帶[Dai]來的不僅僅是[Shi]不便，加工(Gong)難度也随之提[Ti]升。

由于發電設備産[Chan]品的(De)特性，對設備的可靠性有[You]着嚴格的要求。比如轉(Zhuan)子[Zi]是大[Da]型電力設[She]備—發[Fa]電機中的核心部件，其加(Jia)工質[Zhi]量的好壞影響了發電機的運行質量[Liang]。且轉子胚件尺(Chi)寸[Cun]大，成本不菲，供應有限，雖加工要求高，但也必須加工零失誤率。

此[Ci]外發電設備中其(Qi)他(Ta)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的切削加工(Gong)，由于被加工[Gong]材料屬于耐熱[Re]高強[Qiang]度合金鋼、不鏽鋼(Gang)等難加工材料，切[Qie]削量大、切削負荷重，對數控刀具的(De)切削性能，諸如高[Gao]溫紅硬性、彎(Wan)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。

發電設(She)備(Bei)中典(Dian)型關鍵零部件如(Ru)轉子輪槽以[Yi]及轉(Zhuan)子嵌線鸠尾槽，屬于[Yu]耐熱高強度合金鋼、不鏽鋼等難[Nan]加(Jia)工[Gong]材料，切削量[Liang]大、切削負荷重(Zhong)，對數控刀具的(De)切削[Xue]性能有很高的要求

對1000MW及以上的二(Er)級發電機轉子來[Lai]說(Shuo)，其本體嵌線槽由于槽[Cao]深深度(Du)大（100mm以上）,槽壁薄（15mm左右）如下圖所[Suo]示，剛性差，易引起加[Jia]工變[Bian]形，加工困難。

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

但難點正是關鍵點。控制和減少二[Er]極轉子嵌線[Xian]槽的切(Qie)削變(Bian)形，是提高(Gao)轉子運轉精度、保證發電機(Ji)運行品(Pin)質的關鍵[Jian]。一般來說嵌線槽在[Zai]加工中發生[Sheng]變形，嵌[Qian]線[Xian]槽(Cao)槽口[Kou]變形量可(Ke)達到 0.5mm。要減小變形，必[Bi]須(Xu)選擇合适的[De]切削力并減小降低殘餘[Yu]應力。這不(Bu)僅對工藝工程(Cheng)師和操作人[Ren]員提出了高要求，其高精[Jing]度(Du)複雜型面的切[Qie]削對數控刀具本身(Shen)的精度也[Ye]提出(Chu)了更高的要求。

難點重重[Zhong]

機加工是[Shi]發電機組生[Sheng]産的[De]重要環節，發電機(Ji)轉子、定子、機座[Zuo]等部件切削量很大，對機床和刀具要求都很高。汽輪發(Fa)電機轉軸嵌線槽是采用專用可轉(Zhuan)位轉子槽盤銑[Xi]刀(Dao)，在數[Shu]控轉子槽銑床上加工而成。由于轉軸[Zhou]材質為高強(Qiang)度合金鋼，切削槽深、銑刀直徑大(Da)、切削[Xue]速快，對刀具[Ju]綜合性能要求很高。

以轉子[Zi]加工為例(Li)，鍛造(Zao)出的原[Yuan]材料工件首先要經過車削，然後是銑(Xi)削加工。銑削分粗銑和精銑，每個工序(Xu)分兩步又分兩(Liang)步走。“銑槽必須要分段，因為(Wei)牽扯到轉子的動平衡。”這是每個工藝操作人(Ren)員都所熟稔的[De]。

轉子本體外圓有一圈軸向方向的嵌線槽，業内也稱之為轉子縱樹型[Xing]輪槽，有時[Shi]每個[Ge]轉子的嵌線槽會多達30多[Duo]條。發電機[Ji]轉子槽形整體[Ti]加工要求較高：整槽寬度[Du]公差要求≤0.2mm、等分度要求≤0.02°、粗糙度[Du]要求≤Ra3.2，其次工藝要求的加工效率要高(Gao)，需要兼(Jian)顧機床加工性能及刀具[Ju]切削性能。

要提高産[Chan]品的性能一般有[You]兩種途徑，一是加大資金投資購買設備，或(Huo)者求助外協；還(Hai)有一種辦法就是對刀具切削[Xue]工藝進行改進(Jin)——這是最直接的(De)手段(Duan)，如果刀具[Ju]的切削效率能夠提高一倍，就[Jiu]相當于增加了一台(Tai)機床(Chuang)，它帶來的效果立竿(Gan)見影，事半功倍(Bei)。SEPC的轉子槽加工(Gong)工序中大量使用了各種(Zhong)盤銑(Xi)刀和鸠尾銑刀(Dao)，所用刀具以德[De]國瓦[Wa]爾特公司提供的可轉[Zhuan]位盤銑刀和(He)可轉位鸠尾[Wei]銑刀為主。

國内發(Fa)電機[Ji]制[Zhi]造技術發展經曆了三個階(Jie)段，制造工藝也從手[Shou]工、機械、數[Shu]顯加[Jia]工為[Wei]主，逐步發展到數控(Kong)智能化加工，轉子嵌線槽内鸠尾槽的加工刀具從之前高速鋼(Gang)材質演變到可轉位刀片刀具。起初，SEPC和[He]原來合作的(De)刀具供應商也已将部分[Fen]方[Fang]案做成了[Le]硬質合金可轉位[Wei]刀片方案。但其中一款刀具從定方案到制造、試加工、修改[Gai]方案，幾次反複試加工總共花了近兩年的時間(Jian)，最終仍然不符合技術要求[Qiu]，最主要的原因在于整體加工[Gong]性能不好，工件的表面質量無(Wu)法保證。了解到[Dao]相關發電行[Hang]業的一些成功案例後，具(Ju)有較豐富經(Jing)驗的瓦爾特進入了SEPC的備(Bei)選名單。

應用在300MW等級上的[De]粗齒型粗銑盤銑刀是瓦(Wa)爾特和SEPC的首個合作(Zuo)成果(Guo)。因為轉子槽粗[Cu]加工加工餘量大，要[Yao]求良好的排屑功能，此外(Wai)關鍵還不能出(Chu)現拉[La]鐵圈、磨(Mo)痕。300MW的嵌線槽槽寬38mm,粗銑刀選[Xuan]用的切寬是36mm，單邊[Bian]留1個(Ge)毫米左右精[Jing]銑餘量。常規的(De)加工工藝(Yi)是：第[Di]一步[Bu]盤(Pan)銑刀粗[Cu]銑後鸠尾槽粗銑，接着盤銑刀第二、三…刀粗銑，結束後再進行(Hang)盤銑刀精銑，一(Yi)般都(Dou)是整槽形一刀到底(Di)，然後再進行鸠尾精(Jing)銑。這其中所使[Shi]用的粗銑盤銑(Xi)刀就是瓦[Wa]爾特牌号為WF341-6092000的盤銑(Xi)刀，它采用卡口式刀[Dao]座設(She)計，極适合用[Yong]于[Yu]電機轉子槽粗/精加(Jia)工，刀體剛性(Xing)極(Ji)好，加工效率高，特别是在[Zai]精加工時，表面無明顯刀[Dao]痕，粗糙度非常[Chang]好。

改變看(Kan)得見

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

由于轉子槽底比(Bi)較大，因此刀[Dao]具加工時受到的(De)阻力比較大，刀盤的[De]抗震性也會[Hui]差一點。瓦爾特定制的刀具最初被設計[Ji]成波浪(Lang)形，效果并(Bing)不理(Li)想，前後實驗[Yan]了(Le)3次：第一次(Ci)把刀(Dao)座做了調整，第二[Er]次是把刀具運回到德國改進，但還有小缺[Que]陷，第三次又重(Zhong)新訂做了一套新的[De]刀座。但是[Shi]雙[Shuang]方都有着“不達目的不罷休的勁頭”，數(Shu)次在(Zai)加工現[Xian]場商讨試驗，最終提供(Gong)出幾近完美的(De)解決方案。現在瓦爾特刀具在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(Yi)時(Shi)間看到瓦爾特資深技術人員(Yuan)的參與。

同時，降本[Ben]增[Zeng]效也是SEPC選擇刀具的重要條件。比(Bi)如600MW鸠尾(Wei)槽由高速[Su]鋼刀具更[Geng]換為瓦爾(Er)特的刀具[Ju]後粗[Cu]糙度由原先的(De)Ra6.3提高至不[Bu]大于Ra3.2，加工效率由原先使用[Yong]高(Gao)速鋼刀具加工每個[Ge]槽需90分鐘，提高(Gao)到使(Shi)用硬質合(He)金刀具後隻需[Xu]30分鐘。雖然刀片消[Xiao]耗成本略高于高速鋼刀具方案，但由(You)于加工工時[Shi]減少，且加工[Gong]進給量由于比原先提高不少：可以(Yi)從原來的不足[Zu]100mm/min提高(Gao)到240～280mm/min，綜合計算下[Xia]來，實(Shi)際加工成本[Ben]的降低依[Yi]然可觀。

目前，1000MW水氫(Qing)冷、600MW水氫冷(Leng)III型、300MW水氫冷是(Shi)SEPC訂單最多的拳頭産品，年産台(Tai)份數在(Zai)25～35台，每年總的産品制造容量穩定在2000~3000萬千(Qian)瓦（3000萬千瓦[Wa]機組一年發(Fa)電量可達2400億(Yi)度）。此(Ci)外水冷機(Ji)組也是(Shi)SEPC另一項引以為傲的自主開發産品，至今已(Yi)累積制造[Zao]的水冷機組台份數超過650台。目(Mu)前，SEPC也已[Yi]經在研(Yan)發世[Shi]界(Jie)660MW最大水冷發電機(Ji)組及[Ji]1200MW等級世界最大二極發電機機組。

随着[Zhe]中國裝備制造業[Ye]的發[Fa]展，未來生産企(Qi)業對機床和[He]刀具的要求(Qiu)也越來越高。金屬(Shu)切削機床和刀具[Ju]作為切削加工(Gong)的[De]基礎工藝(Yi)裝備，被稱為 “孿生兄弟”，機床依靠[Kao]優良的“牙[Ya]齒”才[Cai]能發[Fa]揮最佳作用。可以說刀具(Ju)性能和質量直接影響到整體生産(Chan)效率的高低、加工[Gong]質量的好壞，以及生産技術水平[Ping]和經濟效(Xiao)益，所以國外企業才[Cai]有“企業的紅利在刀[Dao]刃上”的說法。SEPC正緻力于此[Ci]。