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國產數控機床和數控系統在航空制造領域應用示范

一、項目背景

航空工業是機床行業的高端用戶，對數控機床的需求特點是大型、復合、精密及多軸聯動等，并且要求數控機床具有高剛性、高精度、高效率。

航空制造設備領域隨著飛機需求量的劇增以及新型飛機的跨代發展而不斷發展。新一代飛機朝著輕質化、高可靠性、長壽命、高隱身性、多構型、快速響應及低成本制造等方向發展，大量新材料、新結構、新技術不斷出現。新一代飛機的制造，對數控機床和數控系統的要求越來越高。

新型飛機及大型運輸機

目前，國內航空制造企業所使用的中高端數控機床仍以進口為主，國產數控機床因技術成熟度、可靠性、自動化水平等原因，尚不能完全滿足航空領域的制造需求。近年來，國家采取有力措施，鼓勵國產數控機床和國產數控系統在航空制造領域的應用示范，使國產數控機床和國產數控系統批量使用成為發展趨勢。武漢華中數控股份有限公司、北京工研精機股份有限公司、濟南二機床集團有限公司、四川普什寧江機床有限公司與航空制造企業緊密合作，已經取得了很好成績。

二、示范應用

案例1：華中數控與北京工研精機股份有限公司合作生產的五軸加工中心應用于航空制造領域

華中數控與北京工研精機股份有限公司緊密合作，針對航空裝備關鍵零件的數控加工需求，批量生產多種型號的五軸加工中心，全部配置華中數控HNC-848D高性能數控系統。目前，雙方合作生產的五軸加工中心已經形成批量銷售，全部用于航空裝備制造領域重點企業的數控加工。

1.μ1000/5ST-400V立式五軸加工中心

（1）機床特點

μ1000/5ST-400V立式五軸加工中心具有一次裝夾完成銑、鉆、鏜、鉸、攻絲多工藝復雜曲面零件加工能力，特別適合于航空裝備制造等行業加工需求。

機床主要特點：主軸單元采用電主軸技術，A/C擺動軸力矩電機驅動，基礎件采用高強度鑄鐵并配置合理的加強筋結構，剛性和精度保持性好，適用于復雜零件五軸五面加工。五軸RTCP功能，主軸最高轉速20000r/min，工作臺?400mm，X/Y/Z軸行程1000/560/510mm，C軸任意360°，A軸擺動-30°～+110°，X/Y/Z快移速度36/36/36m/min，定位精度0.006mm，重復定位精度0.004mm。

μ1000/5ST-400V五軸立式加工中心

（2）數控系統解決方案

HNC-848D數控系統

數控系統主要功能：μ1000/5ST-400V五軸立式加工中心主要應用華中HNC-848D數控系統的五軸聯動、五軸RTCP、五軸RTCP速度校驗、五軸標定、五軸定向加工、五軸定向刀具半徑補償、旋轉軸結構誤差補償、刀具矢量編程、法向進退刀、在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償、熱誤差補償和全閉環控制功能、智能產線的全開放式網絡接口功能、加工大數據采集和監控功能等高檔控制功能。

數控系統裝置、伺服驅動和電機配置清單（見下表）：

（3）應用效果

該五軸立式加工中心，已經在某重點航空裝備制造企業批量應用，主要用于精密結構件的高效、高精加工，滿足用戶加工需求。

2.μ2000/5SS-800H臥式五軸加工中心-高速型

（1）機床特點

μ2000/5SS-800H加工中心-高速型配置華中HNC-848C型高性能數控系統，具有一次裝夾完成銑、鉆、鏜、鉸、攻絲多工藝復雜曲面零件加工能力，適合于航空航天復雜結構件的高效加工。

機床主要特點：主軸單元采用電主軸技術，擺動A軸雙力矩電機驅動，高強度基礎件，前后床身整體鑄造，回轉工作臺采用高精度的蝸輪蝸桿結構，適用于復雜零件五軸五面加工。五軸RTCP功能，主軸最高轉速8000r/min，主軸最大輸出扭矩260N?m，工作臺800x800mm，X/Y/Z軸行程1400/1000/1400mm，B軸任意360°，A軸擺動-30°～+90°，X/Y/Z快移速度32/24/24m/min，定位精度0.008mm，重復定位精度0.004mm。

μ2000/5SS-800五軸臥式加工中心

（2）數控系統解決方案

HNC-848C數控系統

數控系統主要功能：北京工研精機股份有限公司μ2000/5SS-800H五軸臥式加工中心主要應用華中HNC-848C數控系統的五軸聯動、五軸RTCP、五軸RTCP速度校驗、五軸標定、五軸定向加工、五軸定向刀具半徑補償、旋轉軸結構誤差補償、刀具矢量編程、法向進退刀、雙力矩電機同步、在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償、熱誤差補償和全閉環控制功能、智能產線的全開放式網絡接口功能、加工大數據采集和監控功能等高檔控制功能。

（3）應用效果

該五軸臥式加工中心-高速型已經在某重點航空航天制造企業批量使用，主要應用于復雜結構件高效、高精加工。

3.μ2000/5SS-800HF五軸臥式加工中心

（1）機床特點

北京工研精機股份有限公司μ2000/5SS-800HF五軸臥式加工中心配置華中HNC-848D型高性能數控系統，具有一次裝夾完成銑、鉆、鏜、鉸、攻絲多工藝復雜曲面零件加工能力，適合于飛機接頭類鈦合金難加工材料典型零件的加工。

機床主要特點：主軸單元采用電主軸技術，擺動A軸雙力矩電機驅動，高強度基礎件，前后床身整體鑄造，回轉工作臺采用高精度的蝸輪蝸桿結構，適用于復雜零件五軸五面加工。具備五軸RTCP功能，主軸最高轉速6000r/min，主軸最大輸出扭矩420N?m，工作臺800x800mm，X/Y/Z軸行程1400/1000/1400mm，B軸任意360°，A軸擺動-30°～+90°，X/Y/Z快移速度32/24/24m/min，定位精度0.008mm，重復定位精度0.004mm。

（2）數控系統解決方案

數控系統主要功能：該五軸臥式加工中心主要應用華中HNC-848D數控系統的五軸聯動功能、五軸RTCP功能、五軸RTCP速度校驗功能、五軸標定功能、五軸定向加工功能、五軸定向刀具半徑補償功能、旋轉軸結構誤差補償功能、刀具矢量編程功能、法向進退刀功能、雙力矩電機同步、在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償、熱誤差補償和全閉環控制功能、智能產線的全開放式網絡接口功能、加工大數據采集和監控功能等高檔控制功能。

（3）應用效果

該五軸臥式加工中心已經在某航空制造企業批量使用，主要應用于航空器多品種小批量結構件高效、高精加工，滿足用戶加工需求。

4.μ2000/5SS-800H五軸臥式加工中心

（1）機床特點

北京工研精機股份有限公司μ2000/5SS-800H五軸臥式加工中心，配置華中HNC-848D型高檔數控系統，具有一次裝夾完成銑、鉆、鏜、鉸、攻絲多工藝復雜曲面零件加工能力。

機床主要特點：主軸單元采用電主軸技術，擺動A軸雙力矩電機驅動，高強度基礎件，前后床身整體鑄造，回轉工作臺采用高精度的蝸輪蝸桿結構，適用于復雜零件五軸五面加工。五軸RTCP功能，主軸最高轉速6000r/min，主軸最大輸出扭矩430N?m，工作臺800x800mm，X/Y/Z軸行程1400/1000/1400mm，C軸任意360°，B軸擺動-30°～+90°，X/Y/Z快移速度32/24/24m/min，定位精度0.008mm，重復定位精度0.004mm。

μ2000/5SS-800H五軸臥式加工中心

（2）數控系統解決方案

數控系統主要功能：該五軸臥式加工中心主要應用華中HNC-848D數控系統的五軸聯動功能、五軸RTCP功能、五軸RTCP速度校驗功能、五軸標定功能、五軸定向加工功能、五軸定向刀具半徑補償功能、旋轉軸結構誤差補償功能、刀具矢量編程功能、法向進退刀功能、雙力矩電機同步、在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償、熱誤差補償和全閉環控制功能、智能產線的全開放式網絡接口功能、加工大數據采集和監控功能等高檔控制功能。

（3）應用效果

該五軸臥式加工中心已經在某重點航空制造企業批量使用，主要應用于飛機鈦合金結構件高效、高精加工，滿足用戶加工需求。

5.μ2000/5SS-800H五軸臥式加工中心-高速型

（1）機床特點

配置華中HNC-848D型高檔數控系統，具有一次裝夾完成銑、鉆、鏜、鉸、攻絲多工藝復雜曲面零件加工能力。

機床主要特點：主軸單元采用電主軸技術，擺動A軸雙力矩電機驅動，高強度基礎件，前后床身整體鑄造，回轉工作臺采用高精度的蝸輪蝸桿結構，適用于復雜零件五軸五面加工。具備五軸RTCP功能，主軸最高轉18000r/min，主軸最大輸出扭矩60N?m，工作臺800x800mm，X/Y/Z軸行程1400/1000/1400mm，B軸任意360°，A軸擺動-30°～+90°，X/Y/Z快移速度32/24/24m/min，定位精度0.008mm，重復定位精度0.004mm。

（2）數控系統解決方案

數控系統主要功能：該五軸臥式加工中心主要應用華中HNC-848D數控系統的五軸聯動功能、五軸RTCP功能、五軸RTCP速度校驗功能、五軸標定功能、五軸定向加工功能、五軸定向刀具半徑補償功能、旋轉軸結構誤差補償功能、刀具矢量編程功能、法向進退刀功能、雙力矩電機同步、在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償、熱誤差補償和全閉環控制功能、智能產線的全開放式網絡接口功能、加工大數據采集和監控功能等高檔控制功能。

（3）應用效果

配套華中數控HNC-848D數控系統的μ2000/5SS-800H五軸臥式加工中心-高速型已經在某重點航空制造企業批量使用，主要應用于飛機鋁合金結構件的高效、高精加工，滿足用戶加工需求。

案例2：華中數控與濟南二機床集團有限公司合作生產的高架式龍門五軸加工中心應用于航空制造領域

華中數控與濟南二機床集團有限公司緊密合作，針對航空航天裝備關鍵零件的數控加工需求，批量生產配置華中數控HNC-848D型高檔數控系統的高架式龍門五軸加工中心XHSV2545*50。目前，雙方合作生產的五軸加工中心已經形成批量銷售近10臺，全部用于重點航空航天裝備制造企業的關鍵零件的數控加工。

1.  機床特點

濟南二機床高架式龍門五軸加工中心機床XHSV2545*50龍門跨度大，適合航空、航天領域薄壁曲面零件、板筋、肋梁類零件、復雜型面的精加工、半精加工。

機床結構采用樹脂砂鑄鐵和焊接結構件的最優組合，考慮靜、動態載荷并由計算機進行設計，先進的熱處理時效工藝，最大限度地消除了焊接和鑄造內應力，以提高機床的精度和剛性。

機床X軸使用龍門位置同步功能，采用滾珠絲杠、齒輪齒條驅動，裝有制動單元和安全緩沖裝置；Y、Z軸采用大導程的預載螺母滾珠絲杠傳動。運用現代設計方法，通過建立振動阻尼、動態加速度模型，在確保機床整機剛性的前提下，盡量減輕了移動件的重量，使機床具有良好的快速響應特性；具有高轉速、高速度、高加速度的特點。A、C軸傳動采用力矩電機直接驅動，并分別設有液壓夾緊機構。X、Y、Z軸均采用光柵尺實現全閉環控制；A、C軸采用高精度角度編碼器實現全閉環位置反饋。電主軸采用大接觸角高速陶瓷球軸承，并配置了主軸的冷卻系統。

機床整體結構圖

機床電氣柜安裝圖

2. 數控系統解決方案

（1）數控系統、伺服驅動、伺服電機配置

（2）數控機床應用數控系統功能

該型號機床應用華中HNC-848D數控系統的關鍵技術：高速高精控制算法、龍門位置同步功能、伺服力矩消隙功能、五軸聯動功能、五軸RTCP功能、五軸RTCP速度校驗功能、五軸標定功能、五軸定向加工功能、五軸定向刀具半徑補償功能、旋轉軸結構誤差補償功能、刀具矢量編程功能、法向進退刀功能、五軸大圓插補功能、空間誤差補償（垂直度、直線度、擾度補償功能）和全閉環控制、三維仿真功能、網絡功能、加工大數據采集和監控功能、基于加工大數據的工藝參數優化、健康保障、斷刀檢測等智能化功能。

3. 應用效果

該XHSV系列五軸聯動加工中心已經在我國航空、航天、汽車等重點領域裝備制造企業成功應用，主要用于航空航天大型鋁合金、復合材料結構件的高速、高效加工和大型汽車模具的半精和精加工。

機床應用現場

加工試件

案例3：華中數控與四川寧江機床合作生產四軸臥式加工中心應用于航空制造領域

華中數控與四川普什寧江機床有限公司（以下簡稱寧江機床）緊密合作，針對航空航天裝備關鍵零件的數控加工需求，批量生產THD63125四軸臥式加工中心，全部配置華中數控HNC-848D高性能數控系統。目前，雙方合作生產的四軸臥式加工中心已經形成批量銷售，全部用于航空航天裝備制造領域重點企業的數控加工。

1. 機床特點

寧江機床THD63125四軸臥式加工中心廣泛適用于航空工業、汽車零部件、工程機械、模具、泵體閥門、輕紡機械、工業縫紉機、五金工具、船舶等行業中、小型箱體類零件和空間曲面多品種的批量加工。

主要特點：

（1）高動態性能：直線軸最大加速度1.3g，進給速度20 m/min，快移40m/min。

（2）高加工精度：定位精度4μm，重復定位精度2μm，反向間隙2μm。

（3）雙工位工作臺：一個工作工位，一個待機工位，能夠有效減少裝夾輔助時間。

（4）伺服驅動刀庫：具有更好的分度精度，有效提高高速換刀穩定性。

2. 數控系統解決方案

HNC-848D系統連接示意圖

數控系統主要功能：THD63125四軸臥式加工中心主要應用華中HNC-848D數控系統的多軸控制技術、圓柱插補、旋轉軸結構誤差補償功能、刀具矢量編程功能、在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償和全閉環控制功能、智能產線的全開放式網絡接口功能、加工大數據采集和監控功能等高檔控制功能。

3. 應用效果

THD63125 四軸臥式加工中心已經在航空工業、汽車、工程機械、模具、泵體閥門、輕紡機械、工業縫紉機、五金工具、和船舶等行業中、小型箱體類零件和空間曲面多品種的批量加工等領域中實現批量應用。其產線功能、大數據采集功能和監控功能滿足了無人化工廠領域的生產需求。

航空航天企業應用現場

三、項目經驗：

1. 關鍵設備，自主可控

華中數控與北京工研精機、濟南二機床、寧江機床及航空制造企業緊密合作，結合飛機典型結構件數控加工工藝，以飛機結構件中梁、框、肋、壁板、接頭等為主要加工對象，選用全國產數控機床建立結構件切削加工單元（鈦合金、鋁合金大、小型結構件加工單元等），努力實現航空制造領域關鍵數控裝備的自主可控。

2. 綜合使用，提高效率

機床工具企業與用戶聯合進行國產數控機床（配套國產數控系統、國產功能部件）及其技術的高效、穩定性研制。對應用驗證后的數控機床、數控系統、功能部件等進行集中示范應用，結合飛機典型結構件高效數控加工技術，對國產數控機床、國產數控系統、功能部件及其技術進行改進，優化其應用性能，提高了零件加工效率。

3. 聯合攻關，協同創新

機床工具企業與航空制造企業緊密合作，通過在航空制造領域實施應用示范工程，實現了合作模式創新，形成了穩定的、可持續、開放式的產學研用戰略聯盟。并且形成了系列標準和規范整體解決方案，為下一步推廣應用提供了支撐。

（供稿：武漢華中數控股份有限公司，北京工研精機股份有限公司，濟南二機床集團有限公司，四川普什寧江機床有限公司   責編：李華翔）