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國產(chǎn)數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)在汽車零部件制造領(lǐng)域

應(yīng)用示范

一、項目背景

中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，連續(xù)多年產(chǎn)銷量居世界第一。汽車工業(yè)是數(shù)控機床最重要的市場，在國內(nèi)汽車零部件制造行業(yè)，發(fā)動機、全電動變速箱、高壓油泵驅(qū)動單元、輪轂單元、轉(zhuǎn)向節(jié)、車橋、軸承、汽車底盤類等關(guān)鍵零部件制造需要大量的數(shù)控機床。按我國機床消費的40％以上用于汽車工業(yè)，每年至少將有10萬臺以上數(shù)控機床需求。

在汽車及零部件行業(yè)中，用于發(fā)動機缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸等加工的數(shù)控機床必須滿足高精、高效、高可靠性的要求，以適應(yīng)柔性生產(chǎn)線自動化加工特點。目前在這些領(lǐng)域所需數(shù)控機床產(chǎn)品中，國產(chǎn)品牌與國外品牌相比還存在一定差距，實現(xiàn)全部使用國產(chǎn)數(shù)控設(shè)備還有相當長的路要走。

汽車發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖                  新能源汽車結(jié)構(gòu)圖

目前，我國面臨著自主品牌汽車、新能源汽車發(fā)展與制造裝備國產(chǎn)化互動發(fā)展的重要機遇，需要進一步提高國產(chǎn)數(shù)控機床在汽車零部件制造領(lǐng)域的市場占有率。近年來，國家采取有力措施，鼓勵國產(chǎn)數(shù)控機床和國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在汽車零部件制造領(lǐng)域的應(yīng)用示范，使國產(chǎn)數(shù)控機床和國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)大批量應(yīng)用成為發(fā)展趨勢。武漢華中數(shù)控股份有限公司與東風設(shè)備制造廠、北京工研精機股份有限公司、上海機床廠有限公司及汽車零部件制造用戶企業(yè)緊密合作，在此方面已經(jīng)取得了很好的突破。

二、示范應(yīng)用案例

案例1：華中數(shù)控與東風設(shè)備制造廠合作生產(chǎn)轎車發(fā)動機制造高精密數(shù)控機床

武漢華中數(shù)控股份有限公司（以下簡稱華中數(shù)控）與東風設(shè)備制造廠強強攜手，針對轎車發(fā)動機關(guān)鍵零件數(shù)控加工需求，批量生產(chǎn)配置華中數(shù)控HNC-818B型高性能數(shù)控系統(tǒng)的高精度四軸臥式加工中心，并且組成柔性生產(chǎn)線，成功應(yīng)用于國內(nèi)某重點汽車制造企業(yè)。

該轎車發(fā)動機柔性線具有高速多面銑、鏜、鉆、攻絲等零件加工能力，特別適合鑄鐵類的轎車缸體、缸蓋等生產(chǎn)線的加工需求。目前，華中數(shù)控與東風設(shè)備制造廠聯(lián)合生產(chǎn)的高精度四軸臥式加工中心已實現(xiàn)批量配套生產(chǎn)，使用狀態(tài)良好，得到用戶好評。

1. 機床特點

（1）高動態(tài)性能：直線軸最大加速度1g，進給速度20 m/min，快移60m/min。

（2）高加工精度：定位精度可達5μm，重復(fù)定位精度可達3μm，銑削孔圓柱度10μm以內(nèi)（孔直徑100mm）。

（3）高主軸配置：采用電主軸，功率為25kW，最高轉(zhuǎn)速8000r/min。

（4）帶液壓鎖緊轉(zhuǎn)臺：?120左右盤銑時，可提高加工效率的同時保證重切精度。

（5）頂置刀庫：節(jié)省機床占地面積的同時，可提高C-C換刀時間，減小每個工件的加工時間。

（6）雙操作面板：加工位可對機床參數(shù)、程序、加工進行操作，在前置面板上可對機床工件進行操作，系統(tǒng)可自動加載當前工件程序。

（7）斷刀檢測：頂置刀庫前端帶有刀檢伺服檢測裝置，在換刀前或加工后對刀具破損情況進行判斷，保證產(chǎn)品加工合格率。

華中數(shù)控與東風設(shè)備制造廠聯(lián)合生產(chǎn)的四軸臥式加工中心

2. 數(shù)控系統(tǒng)解決方案

方案連接圖

（1）數(shù)控系統(tǒng)主要功能：東風設(shè)備制造廠生產(chǎn)的四軸臥式加工中心主要應(yīng)用華中數(shù)控HNC-818B數(shù)控系統(tǒng)的高速高精加工，具有三軸及四軸聯(lián)動功能，在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償和全閉環(huán)控制功能、適配智能產(chǎn)線的全開放式網(wǎng)絡(luò)接口功能（可擴展Ethercat總線式通訊協(xié)議）、加工大數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能等高檔控制功能。

（2）數(shù)控系統(tǒng)主要配置（見下表）：

3. 應(yīng)用效果

東風設(shè)備制造廠配套華中數(shù)控HNC-818B數(shù)控系統(tǒng)的四軸臥式加工中心主要用于轎車發(fā)動機缸體缸蓋的高效批量生產(chǎn)，機床整機對標國外高端機床產(chǎn)品的可靠性和結(jié)構(gòu)緊湊，實現(xiàn)了數(shù)控加工的高效性、可靠性和精度穩(wěn)定性。

轎車發(fā)動機柔性線組線及現(xiàn)場加工圖

案例2：華中數(shù)控與北京工研精機股份有限公司合作生產(chǎn)的四軸臥式加工中心應(yīng)用于汽車零部件制造領(lǐng)域

華中數(shù)控與北京工研精機股份有限公司緊密合作，針對汽車行業(yè)對發(fā)動機關(guān)鍵零件的數(shù)控加工需求，批量生產(chǎn)配置華中數(shù)控HNC-848C型高檔數(shù)控系統(tǒng)的μ2000/630HF精密四軸臥式加工中心。目前，雙方合作生產(chǎn)的精密四軸臥式加工中心已經(jīng)形成批量銷售，大多用于加工精度要求較高的動力總成箱體、缸體等各類零件，適合多品種及大批量加工。

1. 機床特點

μ2000/630HF精密四軸臥式加工中心采用正T型布局，龍門框中框結(jié)構(gòu)；Z軸為雙驅(qū)動，可增加機床動態(tài)剛度，快速抑制振動，提高加工表面質(zhì)量；Y軸采用主軸箱重量平衡設(shè)計，保證機床具有良好的動態(tài)特性；基礎(chǔ)件采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵材料，機床整體具有高剛度、高精度，良好的動態(tài)特性。機床廣泛適用于汽車、模具、船舶等領(lǐng)域中小型箱體和缸體零件的高精、高效加工。

機床工作臺630x630mm，XYZ軸行程1000/900/900mm，主軸轉(zhuǎn)速8000r/min，快移速度30m/min，直線軸定位精度0.006mm，重復(fù)定位精度0.0035mm，轉(zhuǎn)臺定位精度6"，重復(fù)定位精度3"。

μ2000/630HF四軸臥式加工中心

2. 數(shù)控系統(tǒng)解決方案

（1）數(shù)控系統(tǒng)主要功能：北京工研精機股份有限公司μ2000/630HF臥式加工中心主要應(yīng)用華中HNC-848C數(shù)控系統(tǒng)的四軸聯(lián)動、圓柱插補、高速高精控制、在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償、熱誤差補償和高精度絕對光柵全閉環(huán)控制功能、智能產(chǎn)線適配的全開放式網(wǎng)絡(luò)接口功能、加工大數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能等高檔控制功能。

HNC-848C數(shù)控系統(tǒng)

（2）數(shù)控系統(tǒng)裝置、伺服驅(qū)動和電機配置清單（見下表）：

3. 應(yīng)用效果

配套華中數(shù)控HNC-848C數(shù)控系統(tǒng)的μ2000/630HF臥式加工中心已經(jīng)在某汽車齒輪傳動公司批量應(yīng)用，主要用于中重型車用變速器殼體類產(chǎn)品高效、高精加工，滿足用戶加工需求。

用于變速器殼體類零件加工

案例3：華中數(shù)控與上海機床廠有限公司批量生產(chǎn)復(fù)合磨削中心應(yīng)用于汽車零部件制造

華中數(shù)控與上海機床廠有限公司緊密合作，針對精密軸系的數(shù)控加工需求，生產(chǎn)配置華中數(shù)控HNC-848D高性能數(shù)控系統(tǒng)的H377復(fù)合磨削中心。目前，該機型已經(jīng)形成批量銷售，全部用于高精密軸系部件的磨削加工。

1.機床特點

H377復(fù)合磨削中心共有4個進給軸（X軸、Z軸、B軸）1個頭架主軸（C/S軸），3個模擬量砂輪主軸并且設(shè)備還配備有外圓砂輪、端面砂輪、內(nèi)圓砂輪、3個磨削工位，程控尾座、工件測頭，具有一次裝夾完成外圓、端面、內(nèi)孔等表面的磨削加工，能夠適應(yīng)各種回轉(zhuǎn)體的高精度磨削工藝，滿足高精密軸系加工的需求。

華中數(shù)控與上海機床廠有限公司合作生產(chǎn)H377磨削中心

（1）自動修整砂輪：模塊化參數(shù)設(shè)置外圓、端面、內(nèi)圓砂輪修整數(shù)值和修整方式。

（2）高磨削精度：定位精度2μm，重復(fù)定位精度1.5μm，磨削內(nèi)孔圓柱度5μm以內(nèi)（孔直徑80mm）。

（3）高速主軸配置：采用15kW和16kW 的電主軸，最高轉(zhuǎn)速40000r/min，并配有恒溫冷卻裝置，保持主軸精度穩(wěn)定。

（4）三工位磨頭：一個外圓磨頭工位，一個端面磨頭工位，一個內(nèi)圓磨頭工位，能夠有效減少裝夾次數(shù)，提高磨削效率。

（5）C/S頭架軸：頭架軸采用國產(chǎn)伺服電機，回轉(zhuǎn)精度高、動態(tài)特性好，可以根據(jù)磨削零件的類型切換速度、位置控制模式。

2. 數(shù)控系統(tǒng)解決方案

華中數(shù)控HNC-848D高性能系統(tǒng)連接示意圖

（1）數(shù)控系統(tǒng)主要功能：H377復(fù)合磨削中心主要應(yīng)用華中HNC-848D數(shù)控系統(tǒng)，X、Z、B軸定位精度達0.0015mm以內(nèi)，重復(fù)定位精度達到0.002mm以內(nèi)。內(nèi)圓砂輪最高轉(zhuǎn)速可達40000r/min，具備一鍵回退、報警安全回退功能、手輪中斷功能、工件測量功能、空間誤差補償和全閉環(huán)控制功能、適配智能產(chǎn)線的全開放式網(wǎng)絡(luò)接口功能、加工大數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能等高檔控制功能。

（2）數(shù)控系統(tǒng)裝置、伺服驅(qū)動和電機配置清單（見下表）：

華中數(shù)控HNC-848D數(shù)控系統(tǒng)

內(nèi)圓磨削數(shù)控加工    外圓磨削數(shù)控加工

3. 應(yīng)用效果

配套華中數(shù)控HNC-848D高性能數(shù)控系統(tǒng)的H377磨削中心目前主要應(yīng)用于精密軸系零件的加工，能夠磨削高硬度、高強度的難切削材料，如：汽車變速箱傳動軸、汽車發(fā)動機缸蓋凸輪軸、汽車發(fā)動機曲軸等軸系零件，并且具備砂輪動平衡檢測及防碰撞功能、碰撞回退等功能。

內(nèi)圓零件數(shù)控加工樣件

三、項目經(jīng)驗

1. 關(guān)鍵設(shè)備，提高工藝適用性和自主可控

目前，針對汽車零部件制造的國產(chǎn)裝備工藝適應(yīng)性不足，關(guān)鍵制造裝備和生產(chǎn)線等受制于人。華中數(shù)控與東風設(shè)備制造廠、北京工研精機、上海機床廠、汽車零部件制造企業(yè)緊密合作，通過對乘用車關(guān)鍵零件數(shù)控加工效率和加工工藝的研究，提高了國產(chǎn)裝備（數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)等）的加工功能適應(yīng)性。對乘用車關(guān)鍵零件復(fù)合加工生產(chǎn)線所采用的國產(chǎn)裝備（主機、系統(tǒng)等）的功能、性能和可靠性進行全面考核和驗證，提高了國產(chǎn)裝備精度穩(wěn)定性與可靠性。

2. 增強信心，提供汽車關(guān)鍵零部件生產(chǎn)線建設(shè)完整解決方案

國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)與機床企業(yè)強強聯(lián)合，組成關(guān)鍵工藝技術(shù)攻關(guān)團隊，與汽車零部件制造企業(yè)共同設(shè)計、制造生產(chǎn)線，深入研究乘用車關(guān)鍵零件加工工藝技術(shù)，從原來的甲乙方關(guān)系變成團隊合作關(guān)系，實現(xiàn)用國產(chǎn)裝備提供汽車關(guān)鍵零部件生產(chǎn)線整體解決方案的能力，提高汽車關(guān)鍵零部件加工質(zhì)量、加工精度、加工效率，增強汽車零部件企業(yè)應(yīng)用國產(chǎn)裝備建線的信心。

3.前景廣闊，推動國產(chǎn)汽車零部件創(chuàng)新能力

應(yīng)用國家重點支持的國產(chǎn)數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)，對所采用的數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)以及功能部件的功能、性能等進行全面驗證和提升，提高國產(chǎn)裝備整體工藝解決方案的能力。這將有力推動專項成果在汽車關(guān)鍵零部件制造企業(yè)的示范應(yīng)用，加快國產(chǎn)數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)滿足汽車關(guān)鍵零部件制造企業(yè)的需求，為我國汽車關(guān)鍵零部件技術(shù)創(chuàng)新、關(guān)鍵制造裝備國產(chǎn)化做出貢獻。

（供稿：武漢華中數(shù)控股份有限公司，東風設(shè)備制造廠，北京工研精機股份有限公司，上海機床廠有限公司 責編：李華翔）