國產(chǎn)數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)在航發(fā)制造領(lǐng)域應(yīng)用示范

一、項目背景

以航空發(fā)動機制造企業(yè)為代表的高端裝備制造企業(yè)對高檔數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)具有很大的需求。航空發(fā)動機在惡劣工作條件下仍需具備高可靠性、長壽命、節(jié)能環(huán)保等基本要求，其零部件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造加工難度大、加工精度要求高等特點，需要大批高檔數(shù)控機床和高檔數(shù)控系統(tǒng)，如五軸聯(lián)動數(shù)控機床、高速立式加工中心和大型數(shù)控立車、龍門機床等。

大型航空發(fā)動機及其核心部件

航空發(fā)動機領(lǐng)域?qū)δ透邷亟饘俨牧现圃旒皯?yīng)用技術(shù)有著巨大的需求，高溫鈦合金以其優(yōu)異的熱強性、高的比強度和良好的耐腐蝕性能，成為其首選的新一代耐高溫高性能結(jié)構(gòu)材料。高強度高溫合金、鈦合金等難加工材料，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機機匣、整體葉盤、葉片、渦輪盤、軸類等關(guān)鍵零部件上，而高檔數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)是實現(xiàn)上述關(guān)鍵零部件高效加工的基礎(chǔ)。

目前國內(nèi)航發(fā)制造企業(yè)所使用的中高端數(shù)控機床仍主要以進口為主，國產(chǎn)數(shù)控機床因技術(shù)成熟度、可靠性、自動化水平等原因，尚不能很好滿足航發(fā)領(lǐng)域的制造需求。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)在航發(fā)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)批量使用成為發(fā)展趨勢。武漢華中數(shù)控股份有限公司（以下簡稱華中數(shù)控）與秦川機床工具集團股份公司（以下簡稱秦川機床）、航空發(fā)動機制造企業(yè)緊密合作，在這方面做出了很好的嘗試。

二、示范應(yīng)用案例

案例1：五軸臥式加工中心應(yīng)用于航空發(fā)動機制造領(lǐng)域

華中數(shù)控與秦川機床緊密合作，針對航空航天裝備關(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-848d高性能數(shù)控系統(tǒng)的hmc1200/5s臥式五軸加工中心。目前，雙方合作生產(chǎn)的五軸加工中心已經(jīng)形成批量銷售，全部用于航空航天裝備制造領(lǐng)域重點企業(yè)的數(shù)控加工。

1.機床特點

hmc1200/5s五軸臥式加工中心能完成各種復(fù)雜平面、曲面零件的高效率、高質(zhì)量加工，特別適合于航空航天、冶金、風(fēng)電、水電、煤炭等行業(yè)加工需求。

機床主要特點：（1）橫梁式刀庫換刀，可實現(xiàn)x軸停在任意位置換刀。（2）x/y/z軸均采用光柵尺實現(xiàn)全閉環(huán)控制，a/b軸采用角度編碼器實現(xiàn)全閉環(huán)位置反饋。（3）直線軸定位精度：0.01mm，重復(fù)定位精度：0.005mm；a/b軸定位精度：8″，重復(fù)定位精度：4″。（4）大傳動比a/b軸，擺動頭匹配大功率電主軸實現(xiàn)大扭矩切削。

hmc1200/5s五軸臥式加工中心

2.數(shù)控系統(tǒng)解決方案

數(shù)控系統(tǒng)主要功能：該加工中心主要應(yīng)用華中hnc-848d數(shù)控系統(tǒng)的五軸rtcp功能、五軸rtcp速度校驗功能、五軸標(biāo)定功能、五軸定向加工功能、法向進退刀功能、刀具測量工件測量和全閉環(huán)控制功能等高檔控制功能。

華中hnc-848d數(shù)控系統(tǒng)

3.應(yīng)用效果

配套華中數(shù)控hnc-848d數(shù)控系統(tǒng)的hmc1200/5s五軸臥式加工中心已經(jīng)在航發(fā)制造領(lǐng)域重點企業(yè)實現(xiàn)批量應(yīng)用，用于大型飛機發(fā)動機等復(fù)雜零件的加工，滿足航空、航天裝備制造企業(yè)對高端制造裝備的需求。

案例2：五軸車銑復(fù)合加工中心應(yīng)用于航空發(fā)動機制造領(lǐng)域

1.機床特點

秦川機床配套華中8型的vtmd160/5五軸車銑復(fù)合加工中心，數(shù)控系統(tǒng)采用hnc-848c型高檔數(shù)控系統(tǒng)?？稍谝淮窝b夾中完成各種金屬件及其合金件的加工，包括車削平面、內(nèi)外圓柱面、臺階，還具備多坐標(biāo)聯(lián)動控制銑削、鏜削、鉆孔、攻絲等；特別適合于航空航天、船舶、機車車輛、汽車等行業(yè)加工需求。

機床主要特點：（1）五軸聯(lián)動，車銑復(fù)合加工。（2）車銑復(fù)合雙通道控制，能夠一次裝夾完成車銑多道工序的加工。（3）雙刀庫控制，車模式銑模式都能自動換刀。（4）大傳動比bc軸匹配大功率步電主軸實現(xiàn)大扭矩切削。（5）大功率主軸和小功率主軸同步消隙，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺高精度大扭矩控制。（6）機床橫梁為動梁結(jié)構(gòu)，行程1米，加大有效加工區(qū)域。（7）銑通道z軸位同步主從控制，使加工精度更加穩(wěn)定可靠。

vtmd160/5五軸車銑復(fù)合加工中心

2.數(shù)控系統(tǒng)解決方案

華中hnc-848c數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)主要功能：vtmd160/5五軸車銑復(fù)合加工中心主要應(yīng)用華中hnc-848c數(shù)控系統(tǒng)的五軸rtcp功能、五軸rtcp速度校驗功能、五軸標(biāo)定功能、五軸定向加工功能、法向進退刀功能、工件測量和全閉環(huán)控制功能、雙通道雙刀庫控制等高檔控制功能。

3.應(yīng)用效果

配套華中數(shù)控hnc-848c數(shù)控系統(tǒng)的vtmd160/5五軸車銑復(fù)合加工中心目前已在航發(fā)制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量應(yīng)用，用于精密殼體及復(fù)雜筒段結(jié)構(gòu)件等復(fù)雜零件的加工，滿足了航發(fā)加工件的復(fù)合高效加工要求。

航發(fā)領(lǐng)域現(xiàn)場應(yīng)用圖

案例3：五軸車銑復(fù)合加工中心應(yīng)用于航空發(fā)動機制造領(lǐng)域

1.機床特點

秦川機床vmt100a五軸車銑復(fù)合加工中心，數(shù)控系統(tǒng)采用hnc-848d型高檔數(shù)控系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝夾完成車/銑等多道工序的加工，高轉(zhuǎn)速、高剛性、高精度的旋轉(zhuǎn)工作臺可連續(xù)高速運轉(zhuǎn)完成車削功能，也可作為伺服軸實現(xiàn)高精度分度，完成聯(lián)動銑削功能?？梢詽M足航空航天、船舶工業(yè)、印刷、醫(yī)療機械等行業(yè)的高精度、形狀復(fù)雜零件的切削加工（如葉輪、機匣、模具、汽車零件等）。

機床主要特點：（1）五軸聯(lián)動，車銑復(fù)合加工。（2）x/y/z軸快移速度：30m/min。（3）電主軸最高轉(zhuǎn)速：12000r/min。（4）x/y/z軸均采用光柵尺實現(xiàn)全閉環(huán)控制，b/c軸采用角度編碼器實現(xiàn)全閉環(huán)位置反饋。（5）直線軸定位精度：0.008mm，重復(fù)定位精度：0.005mm；b/c軸定位精度：8″，重復(fù)定位精度：4″。（6）45°回轉(zhuǎn)b軸使主軸實現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換，通過系統(tǒng)軟件車銑模式的切換使機床具備銑﹑車復(fù)合功能，實現(xiàn)銑、車加工。

vmt100a五軸車銑復(fù)合加工中心

2.數(shù)控系統(tǒng)解決方案

數(shù)控系統(tǒng)主要功能：vmt100a五軸車銑復(fù)合加工中心主要應(yīng)用華中hnc-848d數(shù)控系統(tǒng)的五軸rtcp功能、五軸rtcp速度校驗功能、五軸標(biāo)定功能、五軸定向加工功能、法向進退刀功能、工件測量、車銑復(fù)合和全閉環(huán)控制功能等高檔控制功能。

3.應(yīng)用效果

配套華中數(shù)控hnc-848d數(shù)控系統(tǒng)的vmt100a五軸車銑復(fù)合加工中心目前已在航空發(fā)動機制造等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量應(yīng)用，用于框/機匣/壁板結(jié)構(gòu)件、精密殼體及復(fù)雜筒段結(jié)構(gòu)件等復(fù)雜零件的加工，滿足了高端制造領(lǐng)域的制造需求。

vmt100a五軸車銑復(fù)合加工件

三、項目經(jīng)驗

1.關(guān)鍵設(shè)備，自主可控

華中數(shù)控、秦川機床、航發(fā)制造企業(yè)等緊密合作，推動了國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機床等在大型航空發(fā)動機轉(zhuǎn)動關(guān)鍵零部件（葉片、軸）生產(chǎn)單元中的示范應(yīng)用，提升國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和機床的綜合性能、生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)控設(shè)備運行的可靠性及安全性，促進自主可控國產(chǎn)制造裝備在航空領(lǐng)域高端裝備制造中的應(yīng)用與推廣，促進了我國高端數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展。

2.緊密合作，提高效率

華中數(shù)控、秦川機床、航發(fā)制造企業(yè)等緊密合作，建設(shè)航空發(fā)動機轉(zhuǎn)動關(guān)鍵零件（葉片、軸）高效加工工藝與國產(chǎn)裝備應(yīng)用示范單元，形成了用戶和國產(chǎn)機床生產(chǎn)企業(yè)緊密聯(lián)系的合作鏈條，大大降低采購成本、保養(yǎng)費用和維修費用。

3.利于推廣，前景廣闊

華中數(shù)控、秦川機床、航發(fā)制造企業(yè)等緊密合作，建立了面向航空發(fā)動機轉(zhuǎn)動關(guān)鍵零件加工的國產(chǎn)數(shù)控設(shè)備示范應(yīng)用基地，提高了航空發(fā)動機葉片、軸類零件生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了航空發(fā)動機制造企業(yè)年生產(chǎn)能力的迅速提高，形成了技術(shù)的輻射與帶動作用。

（供稿：武漢華中數(shù)控股份有限公司，秦川機床工具集團股份公司責(zé)編：李華翔）

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