華中8型數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)與應用

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根據(jù)國家有關部門要求，中國機床工具工業(yè)協(xié)會組織重點企業(yè)開展產業(yè)鏈供應鏈研究，梳理行業(yè)發(fā)展脈絡，推動行業(yè)企業(yè)融入以內循環(huán)為主體、國內國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局。為此，協(xié)會傳媒部就國產數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)進展和應用推廣情況進行了采訪梳理，并予以系列報道，供行業(yè)企業(yè)和廣大用戶參考。

一、華中8型數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)背景及技術水平

 

數(shù)控機床是裝備制造業(yè)最重要的“工業(yè)母機”，其技術水平代表著一個國家的綜合競爭力。基礎薄弱、缺“芯”少“腦”一直是“中國制造”的短板。數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控機床的“大腦”，是決定數(shù)控機床功能、性能、可靠性及成本的核心部件。據(jù)統(tǒng)計，我國每年進口大量中、高端數(shù)控機床，所需高端數(shù)控系統(tǒng)大量進口的局面更沒有得到很好緩解。

 

從2009年開始，在國家科技重大專項“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”支持下，華中數(shù)控經過艱苦努力，在多項關鍵技術上實現(xiàn)了歷史性突破，成功研制出華中8型系列化高檔數(shù)控系統(tǒng)，其功能和性能指標達到國際同行先進水平。

 

在產品研發(fā)過程中，華中數(shù)控攻克了一批關鍵共性技術難題，包括：開放式、模塊化數(shù)控系統(tǒng)軟平臺技術，開放式數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)平臺，高速高精運動控制、現(xiàn)場總線和多軸多通道控制技術，基于指令域大數(shù)據(jù)分析的工藝參數(shù)優(yōu)化、數(shù)控機床健康保障等智能化應用功能，為研制出自主可控的華中8型系列化中、高檔數(shù)控系統(tǒng)提供了原創(chuàng)技術支撐。

 

曾在中機聯(lián)組織的成果鑒定會上，專家委員會認為：“華中數(shù)控在我國數(shù)控系統(tǒng)后發(fā)追趕、面臨更嚴苛要求的應戰(zhàn)壓力下，奮力拼博，歷經幾代技術攻關，開發(fā)出了以華中8型為代表的自主可控的數(shù)控系統(tǒng)，全面達到國際先進水平，可替代進口。”2017年，華中8型數(shù)控系統(tǒng)獲得“國家科技進步二等獎”。

 

二、華中8型數(shù)控系統(tǒng)的亮點和技術創(chuàng)新點

 

華中數(shù)控自主創(chuàng)新，在實現(xiàn)數(shù)控加工更精、更快、更智能方面進行了探索，研制的華中8型數(shù)控系統(tǒng)具備以下技術特點。

 

1. 亮點

 

(1)高速、高精度控制技術

 

系統(tǒng)具備納米級插補計算精度，最小插補周期0.125毫秒，程序前瞻預讀2000段以上。系統(tǒng)配置總線式伺服驅動系統(tǒng)，可與多種絕對式/增量式旋轉編碼器和光柵尺配接，實現(xiàn)了高速高精加工。

 

 (2)多軸聯(lián)動、多通道控制技術

 

系統(tǒng)可實現(xiàn)8通道、64軸控制，具備先進的多軸聯(lián)動加工功能，如五軸RTCP、傾斜面加工、車銑復合、雙軸同步等。

 

(3)平臺化技術

 

構建了高性能數(shù)控系統(tǒng)軟硬件平臺和新型開放式二次開發(fā)平臺，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)內/外部設備全數(shù)字化通訊和互聯(lián)，為用戶提供了多層次的深度開發(fā)手段。

 

(4)智能化控制技術

 

華中數(shù)控在華中8型高性能數(shù)控系統(tǒng)的基礎上，基于云計算、大數(shù)據(jù)、CPS等單元技術，利用控制信息、傳感信息、網絡信息，實現(xiàn)了數(shù)控設備的運行、加工、操作和編程等環(huán)節(jié)的智能化，開發(fā)了數(shù)控系統(tǒng)遠程監(jiān)控、工藝優(yōu)化、健康保障、斷刀監(jiān)測等智能化功能。

 

2. 創(chuàng)新點

 

(1)基于以太網的數(shù)控系統(tǒng)高速實時現(xiàn)場總線技術，構建全數(shù)字數(shù)控系統(tǒng)體系架構，研發(fā)嵌入式一體化的數(shù)控系統(tǒng)軟硬件平臺，實現(xiàn)了內外設備間信息的實時可靠交換。

 

 (2)建立多軸聯(lián)動機床統(tǒng)一運動學模型，提出雙矢量位姿變換方法，開發(fā)RTCP、大圓插補、定向加工、主軸同步、伺服軸位置同步、多通道協(xié)同等功能，實現(xiàn)了多軸耦合運動的復雜軌跡控制，滿足復雜形狀零件的加工需求。

 

 (3)提出了基于柔性加減速的高速納米插補方法，開發(fā)高速、高精、高剛度的驅動控制技術，研制高響應、高能效、低轉矩波動的伺服電機，實現(xiàn)了高速高精運動的柔性平滑和電機高增益寬域控制，滿足高速加工要求。

 

 

 (4)基于云計算的數(shù)控系統(tǒng)智能化技術，構建數(shù)控系統(tǒng)云服務平臺，提出了數(shù)控系統(tǒng)電控大數(shù)據(jù)的指令域分析方法，研究加工過程物理信息資源的深度挖掘技術，實現(xiàn)了數(shù)控機床健康評估、斷刀監(jiān)測、工藝參數(shù)優(yōu)化等智能化應用。

 

三、華中8型數(shù)控系統(tǒng)的應用領域及應用效果

 

目前，華中8型數(shù)控系統(tǒng)已與10多類約2000臺高端數(shù)控機床實現(xiàn)了配套應用，其中包括：高速/精密車削中心、高速/精密立加、車銑復合、高速/精密臥加、五軸聯(lián)動加工中心、六軸砂帶磨等高端數(shù)控機床，滿足國內高速、高精、大型、重型、復合、生產線等高端數(shù)控裝備的配套需求。所配套產品的企業(yè)包括秦川機床集團、四川普什寧江機床有限公司、北京工研精機、武漢重型機床集團、北京第一機床廠、北京第二機床廠、寶雞機床集團、深圳創(chuàng)世紀公司、東風設備制造有限公司、上海拓璞數(shù)控科技有限公司、上海機床廠有限公司、蘇州信能精密機械有限公司等。

 

通過重點領域的“應用示范”工程，華中8型高端數(shù)控系統(tǒng)已在多家大型骨干企業(yè)進行批量示范應用，滿足了復雜結構件，復雜壁板框段類零件，發(fā)動機機匣、葉片和燃氣輪機機匣等復雜零件、復合材料加工的制造要求。

 

通過汽車制造領域的“應用示范”工程，華中8型高端數(shù)控系統(tǒng)已在吉林省吉通機械制造有限責任公司、東風活塞軸瓦有限公司、華晨寶馬汽車有限公司、東風楚凱(武漢)汽車零部件有限公司、雙港活塞公司、上海通用五菱公司、營口華潤有色金屬制造有限公司、綦江齒輪傳動有限公司、交大智邦公司等骨干企業(yè)批量示范應用，滿足了發(fā)動機缸體、缸蓋、輪轂、高壓油泵殼體、底盤類等關鍵零件的制造要求。

 

東方電氣集團東方汽輪機有限公司、無錫透平葉片有限公司等兩家企業(yè)應用華中8型數(shù)控系統(tǒng)15臺套，主要用于火電汽輪機、核電汽輪機、燃氣輪機等發(fā)電設備葉片制造。東方汽輪機有限公司應用配華中8型數(shù)控系統(tǒng)的10臺九軸六聯(lián)動數(shù)控砂帶磨床組成產線，用于大型汽輪機葉片、核電葉片、燃機葉片型面的拋磨，解決了以汽輪機葉片為代表的復雜曲面進行磨削拋光的技術難題，開發(fā)出專用華中8型高檔數(shù)控系統(tǒng)和砂帶磨削加工工藝編程軟件，整體水平有較大提升。

 

2009-2019年，華中8型高端型數(shù)控系統(tǒng)全面進入汽車制造、能源裝備、船舶制造、機床工具、模具、3C等領域的主戰(zhàn)場，累計銷售10萬多臺套，在2000多家企業(yè)批量應用。特別是2015年以來，華中數(shù)控針對3C制造行業(yè)的巨大需求，研制并批量銷售了具有高速高精(進給快移速度達60m/min，進給加速度達1G)、高速主軸控制(24000r/min)等關鍵技術的高速鉆攻中心數(shù)控系統(tǒng)，其加工效率優(yōu)于同類產品，并且建立了多個3C加工智能工廠。

 

四、華中8型數(shù)控系統(tǒng)市場和產業(yè)化前景

 

1. 制造業(yè)轉型升級為華中8型數(shù)控系統(tǒng)提供巨大發(fā)展契機

 

目前，我國正處于制造業(yè)高質量發(fā)展、由制造大國向制造強國轉型的重要階段，隨著高端制造業(yè)需求持續(xù)旺盛和高端制造業(yè)對制造工藝和技術要求不斷提升，華中8型數(shù)控系統(tǒng)的市場需求將不斷擴大，具有廣闊的發(fā)展前景。

 

2. 華中8型數(shù)控系統(tǒng)支持國內機床領域關鍵核心技術發(fā)展

 

華中數(shù)控作為國內數(shù)控系統(tǒng)領域核心企業(yè)之一，通過承接國家重大專項，經過20多年研發(fā)積累，其高端產品的功能、性能與國際先進水平的差距逐漸縮小，并在部分高端細分領域實現(xiàn)國產數(shù)控系統(tǒng)零的突破，支持了國內機床制造關鍵核心技術的發(fā)展。

 

3.數(shù)控技術與新一代人工智能技術融合，將促進我國機床產業(yè)發(fā)展

 

高檔數(shù)控機床關鍵功能部件的性能和質量決定了整機的性能和質量。為了改變受制于人的現(xiàn)狀，我們將加快新一代人工信息技術與華中8型數(shù)控系統(tǒng)融合應用，研發(fā)華中9型智能數(shù)控系統(tǒng)，與機床企業(yè)聯(lián)合研制智能機床，促進中國機床行業(yè)向高質量發(fā)展。