探索实践 | 国产数控机床和数控系统在航发制造领域应用示范

 

 一、项目背景

 

以航空发动机制造企业为代表的高端装备制造企业对高档数控机床和数控系统具有很大的需求。航空发动机在恶劣工作条件下仍需具备高可靠性、长寿命、节能环保等基本要求，其零部件具有结构复杂、制造加工难度大、加工精度要求高等特点，需要大批高档数控机床和高档数控系统，如五轴联动数控机床、高速立式加工中心和大型数控立车、龙门机床等。

  

 

大型航空发动机及其核心部件

 

航空发动机领域对耐高温金属材料制造及应用技术有着巨大的需求，高温钛合金以其优异的热强性、高的比强度和良好的耐腐蚀性能，成为其首选的新一代耐高温高性能结构材料。高强度高温合金、钛合金等难加工材料，广泛应用于航空发动机机匣、整体叶盘、叶片、涡轮盘、轴类等关键零部件上，而高档数控机床及数控系统是实现上述关键零部件高效加工的基础。

 

目前国内航发制造企业所使用的中高端数控机床仍主要以进口为主，国产数控机床因技术成熟度、可靠性、自动化水平等原因，尚不能很好满足航发领域的制造需求。近年来，国家采取有力措施，鼓励国产数控机床和国产数控系统在航发制造领域的应用示范，使国产数控机床和国产数控系统批量使用成为发展趋势。武汉华中数控股份有限公司（以下简称华中数控）与秦川机床工具集团股份公司（以下简称秦川机床）、航空发动机制造企业紧密合作，在这方面做出了很好的尝试。

 

二、示范应用案例

 

案例1：五轴卧式加工中心应用于航空发动机制造领域

 

华中数控与秦川机床紧密合作，针对航空航天装备关键零件的数控加工需求，批量生产配置华中数控HNC-848D高性能数控系统的HMC1200/5S卧式五轴加工中心。目前，双方合作生产的五轴加工中心已经形成批量销售，全部用于航空航天装备制造领域重点企业的数控加工。

 

1.机床特点

 

HMC1200/5S五轴卧式加工中心能完成各种复杂平面、曲面零件的高效率、高质量加工，特别适合于航空航天、冶金、风电、水电、煤炭等行业加工需求。

 

机床主要特点：（1）横梁式刀库换刀，可实现X轴停在任意位置换刀。（2）X/Y/Z轴均采用光栅尺实现全闭环控制，A/B轴采用角度编码器实现全闭环位置反馈。（3）直线轴定位精度：0.01mm，重复定位精度：0.005mm；A/B轴定位精度：8″，重复定位精度：4″。（4）大传动比A/B轴，摆动头匹配大功率电主轴实现大扭矩切削。

 

 

HMC1200/5S五轴卧式加工中心

 

2. 数控系统解决方案

 

数控系统主要功能：该加工中心主要应用华中HNC-848D数控系统的五轴RTCP功能、五轴RTCP速度校验功能、五轴标定功能、五轴定向加工功能、法向进退刀功能、刀具测量工件测量和全闭环控制功能等高档控制功能。

 

 

华中HNC-848D数控系统

 

3. 应用效果

 

配套华中数控HNC-848D数控系统的HMC1200/5S五轴卧式加工中心已经在航发制造领域重点企业实现批量应用，用于大型飞机发动机等复杂零件的加工，满足航空、航天装备制造企业对高端制造装备的需求。

 

案例2：五轴车铣复合加工中心应用于航空发动机制造领域

 

1. 机床特点

 

秦川机床配套华中8型的VTMD160/5五轴车铣复合加工中心，数控系统采用HNC-848C型高档数控系统。可在一次装夹中完成各种金属件及其合金件的加工，包括车削平面、内外圆柱面、台阶，还具备多坐标联动控制铣削、镗削、钻孔、攻丝等；特别适合于航空航天、船舶、机车车辆、汽车等行业加工需求。

 

机床主要特点：（1）五轴联动，车铣复合加工。（2）车铣复合双通道控制，能够一次装夹完成车铣多道工序的加工。（3）双刀库控制，车模式铣模式都能自动换刀。（4）大传动比BC轴匹配大功率步电主轴实现大扭矩切削。（5）大功率主轴和小功率主轴同步消隙，实现转台高精度大扭矩控制。（6）机床横梁为动梁结构，行程1米，加大有效加工区域。（7）铣通道Z轴位同步主从控制，使加工精度更加稳定可靠。

 

 

VTMD160/5五轴车铣复合加工中心

2. 数控系统解决方案

 

 

华中HNC-848C数控系统

 

数控系统主要功能：VTMD160/5五轴车铣复合加工中心主要应用华中HNC-848C数控系统的五轴RTCP功能、五轴RTCP速度校验功能、五轴标定功能、五轴定向加工功能、法向进退刀功能、工件测量和全闭环控制功能、双通道双刀库控制等高档控制功能。

 

3. 应用效果

 

配套华中数控HNC-848C数控系统的VTMD160/5五轴车铣复合加工中心目前已在航发制造领域实现批量应用，用于精密壳体及复杂筒段结构件等复杂零件的加工，满足了航发加工件的复合高效加工要求。

 

航发领域现场应用图

 

案例3：五轴车铣复合加工中心应用于航空发动机制造领域

 

1.机床特点

 

秦川机床VMT100A五轴车铣复合加工中心，数控系统采用HNC-848D型高档数控系统。能够实现一次装夹完成车/铣等多道工序的加工，高转速、高刚性、高精度的旋转工作台可连续高速运转完成车削功能，也可作为伺服轴实现高精度分度，完成联动铣削功能。可以满足航空航天、船舶工业、印刷、医疗机械等行业的高精度、形状复杂零件的切削加工（如叶轮、机匣、模具、汽车零件等）。

 

机床主要特点：（1）五轴联动，车铣复合加工。（2）X/Y/Z轴快移速度：30m/min。（3）电主轴最高转速：12000r/min。（4）X/Y/Z轴均采用光栅尺实现全闭环控制，B/C轴采用角度编码器实现全闭环位置反馈。（5）直线轴定位精度：0.008mm，重复定位精度：0.005mm；B/C轴定位精度：8″，重复定位精度：4″。（6）45°回转B轴使主轴实现立卧转换，通过系统软件车铣模式的切换使机床具备铣﹑车复合功能，实现铣、车加工。

 

 

VMT100A五轴车铣复合加工中心

 

2. 数控系统解决方案

 

数控系统主要功能：VMT100A五轴车铣复合加工中心主要应用华中HNC-848D数控系统的五轴RTCP功能、五轴RTCP速度校验功能、五轴标定功能、五轴定向加工功能、法向进退刀功能、工件测量、车铣复合和全闭环控制功能等高档控制功能。

 

3. 应用效果

 

配套华中数控HNC-848D数控系统的VMT100A五轴车铣复合加工中心目前已在航空发动机制造等领域实现批量应用，用于框/机匣/壁板结构件、精密壳体及复杂筒段结构件等复杂零件的加工，满足了高端制造领域的制造需求。

 

 

VMT100A五轴车铣复合加工件

 

三、项目经验

 

1. 关键设备，自主可控

 

华中数控、秦川机床、航发制造企业等紧密合作，推动了国产高档数控系统、数控机床等在大型航空发动机转动关键零部件（叶片、轴）生产单元中的示范应用，提升国产数控系统和机床的综合性能、生产现场数控设备运行的可靠性及安全性，促进自主可控国产制造装备在航空领域高端装备制造中的应用与推广，促进了我国高端数控机床产业链的快速发展。

 

2. 紧密合作，提高效率

 

华中数控、秦川机床、航发制造企业等紧密合作，建设航空发动机转动关键零件（叶片、轴）高效加工工艺与国产装备应用示范单元，形成了用户和国产机床生产企业紧密联系的合作链条，大大降低采购成本、保养费用和维修费用。

3. 利于推广，前景广阔

 

华中数控、秦川机床、航发制造企业等紧密合作，建立了面向航空发动机转动关键零件加工 的国产数控设备示范应用基地，提高了航空发动机叶片、轴类零件生产效率，实现了航空发动机制造企业年生产能力的迅速提高，形成了技术的辐射与带动作用。

 

来源：中国机床工具工业协会cmtba  供稿：华中数控，秦川机床工具集团