金柔教授今天到会,带了一个卷轴,比平时大家用的图纸大了一倍,用牛皮纸包着,红绸扎着,像一件待展的宝物。
一看这阵势,所有人都知道她们要做大事,很好奇她会立什么课题。
金柔教授站起来,把卷轴放在桌上,解开红绸,展开。
用四块磁铁,把图纸吸在黑板上。
会议室里安静了两秒。
“嘶——”
有人倒吸了一口凉气。紧接着,第二声,第三声,像冬天推开一扇冻住的铁门。
那是一张机床的概念图。
不是普通的机床。
工件台不是平的,是一个半球形的结构,表面密布着弧形导轨,标注着“球面导轨”“多自由度驱动单元”。
旁边是刀具机械臂,三个旋转轴的箭头交错,标注着“A轴”“b轴”“c轴”。
图的右上角,用红笔写着一行字:“自由曲面精加工机床——任意曲面、任意角度精密加工。”
魏知远教授第一个站起来,往前凑了凑,看了很久。
然后他靠回椅背,双手交叉抱在胸前,声音里带着一种说不清的味道。
“金教授,您这是……要做五轴联动的自由曲面加工?”
金柔点头。
“球面导轨?”
“对。”
魏知远沉默了片刻,手指在桌面上轻轻叩了两下。
“金教授,我跟您说实话。自由曲面加工,全世界都在攻关。五轴联动的理论不成熟,球面导轨没有先例,控制算法没有现成的。您这个想法……是把三座大山垒在一起爬。”
吴国华推了推眼镜,盯着那张图看了半天:“金老师,五自由度联动的插补算法,现在的午马机根本跑不动。不是难,是根本不知道怎么算。自由曲面的轨迹规划不是简单的三角函数叠加,需要大量的离散点插值和实时补偿。”
钱兰问了一个更实际的问题:“金老师,球面上的位置怎么测量?光栅尺是直线测量的,球面上用不了。”
金柔早有准备。
她翻出下面一张小图,用磁铁吸在旁边。
那是一个角度编码器的示意图,每个自由度配高精度角度编码器,通过正运动学计算末端位置。
“用角度编码器。工件台的每个旋转轴都配高精度编码器,通过坐标变换推算刀具在空间的位置和姿态。”
钱兰在本子上写了一行字,在“角度编码器精度”下面画了两条横线,抬起头追问了一句:“精度能到多少?球面运动时,每个轴的误差会累积。正运动学算出来的末端位置,误差会不会放大?”
金柔坦然道:“这正是我们要攻关的核心问题。目前理论计算显示,如果每个角度编码器的精度能做到正负一秒,末端位置误差可以控制在五微米以内。但累积误差的补偿算法,还没有成熟的方案。”
钱兰点了点头,在本子上又记了一笔。
会议室里再次安静了几秒。
刘星海放下搪瓷缸子,站起来,走到那张概念图前面。
他看得很仔细,从上到下,从左到右,每一个标注都看了。
球面导轨的曲率半径、驱动单元的力矩要求、角度编码器的精度指标、刀具机械臂的刚度计算,每一处都标得清清楚楚。
他伸出手,摸着那些线条,像在看一个精密的玩具,甚至有些爱不释手。
过了许久,刘星海教授深深吸了口气,仿佛放下了什么执念。
他转过身,看着金柔:“金教授,我问你一个问题。”
“您说。”
“十年内能造出来吗?”
金柔想了想,摇头:“十年不够。”
“二十年?”
“要看技术突破。球面导轨的材料和制造工艺、并联机构高速高精度控制、五轴联动实时插补算法……每一样都是硬骨头。二十年,不一定。”
“那你为什么还要报?”
这个问题问得很直接,甚至有点不留情面。
但金柔没有慌。她看着那张概念图,声音不大,但字字清楚。
“因为自由曲面加工,是精密机床的珠穆朗玛峰。现在我们不做,十年后还是跟跑。二十年后再做,还是在人家屁股后面。总得有人先迈第一步,哪怕这一步迈出去,踩不到实地。”
她顿了顿:“以前我不敢想。可是现在,星河计划让我看到了可能。我亲自参与了键合机的研发,我们能做到零点五微米的工件定位,能做到零点四秒的快速响应。我们不是一无所有,而是已经有了铺垫……”
她一路讲来,会议室里安静得能听见日光灯镇流器的嗡嗡声。
金柔讲完,刘星海教授看了她很久。
然后他转过身,拿起粉笔,在黑板上画了一条线,从左到右,很长。
他在这条线的