國產數控工具機和數控系統在航發製造領域應用示範

一、項目背景

以航空發動機製造企業為代表的高端裝備製造企業對高檔數控工具機和數控系統具有很大的需求。航空發動機在惡劣工作條件下仍需具備高可靠性、長壽命、節能環保等基本要求，其零部件具有結構複雜、製造加工難度大、加工精度要求高等特點，需要大批高檔數控工具機和高檔數控系統，如五軸聯動數控工具機、高速立式加工中心和大型數控立車、龍門工具機等。

大型航空發動機及其核心部件

航空發動機領域對耐高溫金屬材料製造及應用技術有著巨大的需求，高溫鈦合金以其優異的熱強性、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構材料。高強度高溫合金、鈦合金等難加工材料，廣泛應用於航空發動機機匣、整體葉盤、葉片、渦輪盤、軸類等關鍵零部件上，而高檔數控工具機及數控系統是實現上述關鍵零部件高效加工的基礎。

目前國內航發製造企業所使用的中高端數控工具機仍主要以進口為主，國產數控工具機因技術成熟度、可靠性、自動化水平等原因，尚不能很好滿足航發領域的製造需求。近年來，國家採取有力措施，鼓勵國產數控工具機和國產數控系統在航發製造領域的應用示範，使國產數控工具機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(以下簡稱華中數控)與秦川工具機工具集團股份公司(以下簡稱秦川工具機)、航空發動機製造企業緊密合作，在這方面做出了很好的嘗試。

二、示範應用案例

案例1：五軸臥式加工中心應用於航空發動機製造領域

華中數控與秦川工具機緊密合作，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高性能數控系統的HMC1200/5S臥式五軸加工中心。目前，雙方合作生產的五軸加工中心已經形成批量銷售，全部用於航空航天裝備製造領域重點企業的數控加工。

1.工具機特點

HMC1200/5S五軸臥式加工中心能完成各種複雜平面、曲面零件的高效率、高質量加工，特別適合於航空航天、冶金、風電、水電、煤炭等行業加工需求。

工具機主要特點：(1)橫梁式刀庫換刀，可實現X軸停在任意位置換刀。(2)X/Y/Z軸均採用光柵尺實現全閉環控制，A/B軸採用角度編碼器實現全閉環位置反饋。(3)直線軸定位精度：0.01mm，重複定位精度：0.005mm；A/B軸定位精度：8″，重複定位精度：4″。(4)大傳動比A/B軸，擺動頭匹配大功率電主軸實現大扭矩切削。

HMC1200/5S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：該加工中心主要應用華中HNC-848D數控系統的五軸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、法向進退刀功能、刀具測量工件測量和全閉環控制功能等高檔控制功能。

華中HNC-848D數控系統

3.應用效果

配套華中數控HNC-848D數控系統的HMC1200/5S五軸臥式加工中心已經在航發製造領域重點企業實現批量應用，用於大型飛機發動機等複雜零件的加工，滿足航空、航天裝備製造企業對高端製造裝備的需求。

案例2：五軸車銑複合加工中心應用於航空發動機製造領域

1.工具機特點

秦川工具機配套華中8型的VTMD160/5五軸車銑複合加工中心，數控系統採用HNC-848C型高檔數控系統。可在一次裝夾中完成各種金屬件及其合金件的加工，包括車削平面、內外圓柱面、臺階，還具備多坐標聯動控制銑削、鏜削、鑽孔、攻絲等；特別適合於航空航天、船舶、機車車輛、汽車等行業加工需求。

工具機主要特點：(1)五軸聯動，車銑複合加工。(2)車銑複合雙通道控制，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大扭矩切削。(5)大功率主軸和小功率主軸同步消隙，實現轉臺高精度大扭矩控制。(6)工具機橫梁為動梁結構，行程1米，加大有效加工區域。(7)銑通道Z軸位同步主從控制，使加工精度更加穩定可靠。

VTMD160/5五軸車銑複合加工中心

2.數控系統解決方案

華中HNC-848C數控系統

數控系統主要功能：VTMD160/5五軸車銑複合加工中心主要應用華中HNC-848C數控系統的五軸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、法向進退刀功能、工件測量和全閉環控制功能、雙通道雙刀庫控制等高檔控制功能。

3.應用效果

配套華中數控HNC-848C數控系統的VTMD160/5五軸車銑複合加工中心目前已在航發製造領域實現批量應用，用於精密殼體及複雜筒段結構件等複雜零件的加工，滿足了航發加工件的複合高效加工要求。

航發領域現場應用圖

案例3：五軸車銑複合加工中心應用於航空發動機製造領域

1.工具機特點

秦川工具機VMT100A五軸車銑複合加工中心，數控系統採用HNC-848D型高檔數控系統。能夠實現一次裝夾完成車/銑等多道工序的加工，高轉速、高剛性、高精度的旋轉工作檯可連續高速運轉完成車削功能，也可作為伺服軸實現高精度分度，完成聯動銑削功能。可以滿足航空航天、船舶工業、印刷、醫療機械等行業的高精度、形狀複雜零件的切削加工(如葉輪、機匣、模具、汽車零件等)。

工具機主要特點：(1)五軸聯動，車銑複合加工。(2)X/Y/Z軸快移速度：30m/min。(3)電主軸最高轉速：12000r/min。(4)X/Y/Z軸均採用光柵尺實現全閉環控制，B/C軸採用角度編碼器實現全閉環位置反饋。(5)直線軸定位精度：0.008mm，重複定位精度：0.005mm；B/C軸定位精度：8″，重複定位精度：4″。(6)45°迴轉B軸使主軸實現立臥轉換，通過系統軟體車銑模式的切換使工具機具備銑﹑車複合功能，實現銑、車加工。

VMT100A五軸車銑複合加工中心

2.數控系統解決方案

數控系統主要功能：VMT100A五軸車銑複合加工中心主要應用華中HNC-848D數控系統的五軸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、法向進退刀功能、工件測量、車銑複合和全閉環控制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VMT100A五軸車銑複合加工中心目前已在航空發動機製造等領域實現批量應用，用於框/機匣/壁板結構件、精密殼體及複雜筒段結構件等複雜零件的加工，滿足了高端製造領域的製造需求。

VMT100A五軸車銑複合加工件

三、項目經驗

1.關鍵設備，自主可控

華中數控、秦川工具機、航發製造企業等緊密合作，推動了國產高檔數控系統、數控工具機等在大型航空發動機轉動關鍵零部件(葉片、軸)生產單元中的示範應用，提升國產數控系統和工具機的綜合性能、生產現場數控設備運行的可靠性及安全性，促進自主可控國產製造裝備在航空領域高端裝備製造中的應用與推廣，促進了我國高端數控工具機產業鏈的快速發展。

2.緊密合作，提高效率

華中數控、秦川工具機、航發製造企業等緊密合作，建設航空發動機轉動關鍵零件(葉片、軸)高效加工工藝與國產裝備應用示範單元，形成了用戶和國產工具機生產企業緊密聯繫的合作鏈條，大大降低採購成本、保養費用和維修費用。

3.利於推廣，前景廣闊

華中數控、秦川工具機、航發製造企業等緊密合作，建立了面向航空發動機轉動關鍵零件加工 的國產數控設備示範應用基地，提高了航空發動機葉片、軸類零件生產效率，實現了航空發動機製造企業年生產能力的迅速提高，形成了技術的輻射與帶動作用。

來源：華中數控，秦川工具機工具集團