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    2014數(shù)控機(jī)床“高端突破”盤(pán)點(diǎn)

    2014-03-20 07:42:38小聶
    中國(guó)設(shè)備工程 2014年12期
    關(guān)鍵詞:數(shù)控系統(tǒng)螺旋槳數(shù)控機(jī)床

    文/小聶

    2014數(shù)控機(jī)床“高端突破”盤(pán)點(diǎn)

    文/小聶

    隨著國(guó)防、航空、高鐵、汽車(chē)和模具等重要裝備制造行業(yè)需求量的大幅增長(zhǎng),中國(guó)數(shù)控機(jī)床也取得了快速發(fā)展。中國(guó)目前已經(jīng)超過(guò)德國(guó)成為世界第一大機(jī)床市場(chǎng),數(shù)控機(jī)床作為機(jī)床消費(fèi)的主流,未來(lái)的市場(chǎng)巨大。

    自“十二五”以來(lái),高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備專項(xiàng)實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新能力顯著提高,掌握了一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。以國(guó)家現(xiàn)有專項(xiàng)支持為基礎(chǔ)實(shí)施了以企業(yè)為主題,以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)力的創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略。同時(shí)引入科研院校參與,實(shí)行公私合營(yíng)伙伴關(guān)系(PPP)推進(jìn)研發(fā),并于國(guó)家層面加大基礎(chǔ)研究投入和研發(fā)人才培養(yǎng)。

    2014年,國(guó)家實(shí)施繼續(xù)穩(wěn)增長(zhǎng)、調(diào)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略,數(shù)控機(jī)床行業(yè)必須調(diào)整現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),在現(xiàn)有中端取得成果基礎(chǔ)上發(fā)力高端,一方面面臨國(guó)外產(chǎn)品以及合資產(chǎn)品擠壓國(guó)內(nèi)中端市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力,另一方面要加大研發(fā),擠入高端市場(chǎng),擺脫受制于人的嚴(yán)峻形勢(shì)。

    高端數(shù)控機(jī)床是航空航天、汽車(chē)、船舶和發(fā)電設(shè)備制造這四大領(lǐng)域的必需品,是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的必備品,盡管?chē)?guó)家實(shí)施了“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng),但目前相關(guān)產(chǎn)品還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化,關(guān)鍵零部件和高檔數(shù)控系統(tǒng)方面尚需繼續(xù)努力。未來(lái),隨著國(guó)內(nèi)在高端數(shù)控機(jī)床的重視度日益增長(zhǎng),本土機(jī)床品牌在加強(qiáng)自主研發(fā)與人才培養(yǎng)后,勢(shì)必會(huì)迎來(lái)新的發(fā)展時(shí)期,我國(guó)也將實(shí)現(xiàn)高端數(shù)控機(jī)床高度國(guó)產(chǎn)化,解除工業(yè)發(fā)展瓶頸。

    關(guān)鍵技術(shù)不斷突破高端設(shè)備閃亮登場(chǎng)

    ·超重型數(shù)控臥式鏜車(chē)床通過(guò)驗(yàn)收,我國(guó)進(jìn)入超臨界核電半速轉(zhuǎn)子加工制造先進(jìn)行列

    2014年初,由中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司承擔(dān)的“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)“用于超臨界核電半速轉(zhuǎn)子加工的超重型數(shù)控臥式鏜車(chē)床”項(xiàng)目通過(guò)了技術(shù)驗(yàn)收。

    該國(guó)家科技重大專項(xiàng)于2009年開(kāi)始實(shí)施,在研制過(guò)程中,取得了超重型數(shù)控臥式多功能復(fù)合加工機(jī)床總體方案技術(shù)、超重型高精度靜壓托主軸箱技術(shù)、超長(zhǎng)床身制造工藝新技術(shù)、雙工作組三通道控制技術(shù)、鏜桿進(jìn)給多軸同步技術(shù)等5項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)的突破。此專項(xiàng)的成功研制打破了日、韓超臨界核電半速轉(zhuǎn)子對(duì)我國(guó)的壟斷和鉗制,實(shí)現(xiàn)了核電半速轉(zhuǎn)子國(guó)產(chǎn)化。

    項(xiàng)目研制的超重型數(shù)控臥式鏜車(chē)床,是超臨界核電半速轉(zhuǎn)子國(guó)產(chǎn)化的核心加工裝備,解決了國(guó)內(nèi)大型核電站1100MW超臨界核電半速轉(zhuǎn)子加工的難題,具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。自交付中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司使用以來(lái),已加工了1100MW核電半速轉(zhuǎn)子共5件,五米軋機(jī)超重型支撐輥共6件,均達(dá)到國(guó)外圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求,部分主要精度指標(biāo)優(yōu)于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)了我國(guó)超臨界核電半速轉(zhuǎn)子的國(guó)產(chǎn)化制造,使我國(guó)進(jìn)入了超臨界核電半速轉(zhuǎn)子加工制造的先進(jìn)行列。

    該裝備還可用于巨型船舶舵軸及驅(qū)動(dòng)軸、超大功率低速柴油機(jī)曲軸、超大功率汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、水輪發(fā)電機(jī)主軸、大電機(jī)主軸等超大超重型軸套類零件的加工。

    ·七軸六聯(lián)動(dòng)螺旋槳加工機(jī)床投入使用,我國(guó)機(jī)床企業(yè)與世界機(jī)床強(qiáng)企同臺(tái)競(jìng)技

    2014年11月,由中傳重型機(jī)床有限公司自主研制的世界最大11米直徑七軸六聯(lián)動(dòng)螺旋槳加工機(jī)床,在武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司螺旋槳廠投入使用。該機(jī)床最大可加工11米直徑螺旋槳,并首次采用七軸六聯(lián)動(dòng)方式,一次裝夾可完成加工范圍擴(kuò)大,效率比原五軸聯(lián)動(dòng)方式提高了一倍,加工精度也得到大幅提升。

    這臺(tái)七軸六聯(lián)動(dòng)機(jī)床是目前已知國(guó)際上最大型、最復(fù)雜的機(jī)床。該機(jī)床集車(chē)、銑、鏜、鉆功能于一身,通過(guò)增加刀架擺動(dòng)軸(A軸)參與聯(lián)動(dòng),達(dá)到七軸六聯(lián)動(dòng)加工,已滿足螺旋槳葉片空間重疊部位的獨(dú)特加工需求,實(shí)現(xiàn)了對(duì)葉片的完整加工。與常規(guī)的五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)相比,可控制刀具的最佳位姿,避免加工干涉,加工效率得到極大提高。本臺(tái)機(jī)床的研制成功,標(biāo)志著我國(guó)機(jī)床企業(yè)已具備在國(guó)際市場(chǎng)上與世界機(jī)床強(qiáng)企同臺(tái)競(jìng)技的實(shí)力。

    在設(shè)計(jì)上首次采用七軸六聯(lián)動(dòng)方式,實(shí)現(xiàn)最復(fù)雜空間曲面加工。采用七軸六聯(lián)動(dòng)方式擴(kuò)大了一次性加工面積,提高了加工精度,效率比以前五軸方式加工提高一倍。七軸六聯(lián)動(dòng)、螺旋槳加工都是機(jī)床制造中難度最大、最復(fù)雜的技術(shù)。中國(guó)制造卻能與歐美企業(yè)競(jìng)爭(zhēng),并且多項(xiàng)精度與歐美比更有競(jìng)爭(zhēng)力。本臺(tái)機(jī)床工作臺(tái)精度0.006毫米,C軸定位精度0.001度(千分之一度),如此規(guī)格機(jī)床在國(guó)際上也是首次。該項(xiàng)目首次采用了車(chē)銑復(fù)合加工方式,葉片的銑削加工,軸端,軸孔的車(chē)削加工,可在一次裝夾中完成。避免了二次裝夾帶來(lái)的誤差,大大提高了加工精度,加工效率大幅提升。機(jī)床自重600噸,如此龐然大物卻能實(shí)現(xiàn)高精度、高靈敏度,橫梁移動(dòng)部件自重200噸,卻實(shí)現(xiàn)進(jìn)給每分鐘12米的速度,這些都需要先進(jìn)的技術(shù)保障。

    螺旋槳廠負(fù)責(zé)人說(shuō),過(guò)去生產(chǎn)一具5葉片、直徑11米的船用螺旋槳,需要5名工人手工打磨近一個(gè)半月時(shí)間,現(xiàn)在只需要1名技師操作機(jī)床工作7~10天。大幅提高工作效率的同時(shí),也讓工人們遠(yuǎn)離了金屬粉塵和高噪音的工作環(huán)境。機(jī)床成功投產(chǎn)意味著該廠具備了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的螺旋槳制造技術(shù),未來(lái)我國(guó)大型軍、民用船只和艦艇用螺旋槳有望由該機(jī)床加工而成。該項(xiàng)目的成功研制將解決我國(guó)大型、復(fù)雜、高精度螺旋槳加工的技術(shù)難題。同時(shí)將對(duì)我國(guó)大型船舶制造水平產(chǎn)生巨大影響,成為中國(guó)船舶制造工業(yè)的重要保障。

    ·六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花加工機(jī)床研制成功,從根本上提升火箭發(fā)射的可靠性

    2014年11月,上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院趙萬(wàn)生教授帶領(lǐng)的特種加工科研團(tuán)隊(duì)成功研制了“六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花加工機(jī)床”。能把航天飛船等龐然大物送上太空,靠的是動(dòng)力強(qiáng)勁的火箭發(fā)動(dòng)機(jī),而每臺(tái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)需要10多個(gè)閉式整體渦輪葉盤(pán)類零件為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和氧化劑泵提供動(dòng)力。由于其在發(fā)動(dòng)機(jī)中的核心重要地位及加工難度又被稱為王冠上的明珠。趙萬(wàn)生帶領(lǐng)的特種加工科研團(tuán)隊(duì),經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)8年的科研攻關(guān),突破了一系列關(guān)鍵技術(shù),研制成功了“六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花加工機(jī)床”,并開(kāi)發(fā)了配套的CAD/CAM軟件和加工工藝,為制造閉式整體渦輪葉盤(pán)提供了一套全面技術(shù)解決方案。

    據(jù)統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)外火箭發(fā)射失敗的案例中,有大約45%是由火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使用的渦輪葉盤(pán)類零件失效所造成的。為了從根本上提升火箭發(fā)射的可靠性,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用了先進(jìn)的帶葉冠的閉式整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu),這種零件是采用一整塊毛坯材料直接加工出來(lái)的。葉盤(pán)類零件是航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的核心關(guān)鍵部件,在很大程度上決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、性能和成本。而國(guó)內(nèi)率先研制出“六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花機(jī)床”就好像一把神奇的“靈動(dòng)之刃”,在葉盤(pán)的毛坯上加工起來(lái)游刃有余。

    電火花加工是利用工具電極與工件之間的放電而產(chǎn)生的熱效應(yīng)來(lái)去除材料的一種特種加工方法。對(duì)高溫合金、鈦合金等常規(guī)加工方法難以處理的材料進(jìn)行電火花加工,可以達(dá)到以柔克剛的效果。但是要加工出葉盤(pán)上那些幾何形狀復(fù)雜的流道,光有“金剛鉆”還不行,其加工機(jī)床還必須具有足夠的自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)所規(guī)劃的電極在空間內(nèi)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。上海交通大學(xué)研制的“六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花加工機(jī)床”,包含3個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸和3個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸。這套多軸聯(lián)動(dòng)的電火花加工數(shù)控系統(tǒng),采用一種全新的路徑規(guī)劃和插補(bǔ)方法,大大提高了6個(gè)軸之間軌跡的平順性和同步精度。

    數(shù)控企業(yè)異軍突起智慧“大腦”日益增多

    數(shù)控機(jī)床技術(shù)在高速化、復(fù)合化、精密化、多軸化等方面取得了顯著進(jìn)步和一系列突破。其水平、品種和生產(chǎn)能力,直接反映了一國(guó)工業(yè)的綜合實(shí)力。但我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在精度、可靠性方面和國(guó)外的數(shù)控機(jī)床還有很大差距。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床基本以低檔經(jīng)濟(jì)型和中檔普及型數(shù)控機(jī)床為主,其中數(shù)控系統(tǒng)(普及型、高級(jí)型)的90%仍被外商占領(lǐng)。

    數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的“大腦”,決定著機(jī)床的精確度和穩(wěn)定性。數(shù)控裝備產(chǎn)品除了完成直接加工任務(wù)之外,更應(yīng)提升產(chǎn)品工藝適應(yīng)性,能夠適應(yīng)不同行業(yè)、不同產(chǎn)品的加工特點(diǎn),這就需要智能機(jī)器設(shè)備擁有一個(gè)足夠開(kāi)放的數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)。

    然而,我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)規(guī)模都比較小,缺乏相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐。此外,由于數(shù)控軟件要求具有實(shí)時(shí)性、嵌入式特征以及面向特定制造工藝特殊分析的特點(diǎn),使得數(shù)控軟件行業(yè)準(zhǔn)入門(mén)檻較高,一般的軟件企業(yè)較難深入這一領(lǐng)域。最終導(dǎo)致裝備極為標(biāo)準(zhǔn)化,工藝適應(yīng)性差,無(wú)法形成高端產(chǎn)品。因此,軟件產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

    近年來(lái),一些優(yōu)秀的國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)異軍突起,在中低檔經(jīng)濟(jì)普及型競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中,國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率逐年提高。高檔系統(tǒng)雖然與國(guó)外的系統(tǒng)有一定差距,但是在隨著關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)逐步突破,差距正在逐步縮小。

    主流廠商自主研發(fā)總線式數(shù)控系統(tǒng)??偩€處于設(shè)備的底層,有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn),不僅能使系統(tǒng)與外部裝置之間高速傳輸大量的數(shù)據(jù),從而滿足高精高速的加工需求,而且能簡(jiǎn)化系統(tǒng)便于擴(kuò)展。國(guó)內(nèi)主流的廠商都推出了自主研發(fā)的總線式數(shù)控系統(tǒng)。

    其中,華中8型數(shù)控系統(tǒng)分為HNC-848高檔型數(shù)控系統(tǒng)、HNC-818標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)和HNC-808精簡(jiǎn)型數(shù)控系統(tǒng)。HNC-808主要瞄準(zhǔn)國(guó)外精簡(jiǎn)型數(shù)控系統(tǒng),適用于數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床;HNC-818瞄準(zhǔn)國(guó)外普及型數(shù)控系統(tǒng),具有高速高精度、同步控制等功能,適用于全功能數(shù)控車(chē)、數(shù)控銑床、鉆攻中心、加工中心;HNC-848瞄準(zhǔn)國(guó)外高檔數(shù)控系統(tǒng),采用雙CPU模塊的上下位機(jī)結(jié)構(gòu),具有多通道控制技術(shù)、五軸加工、高速高精度、車(chē)銑復(fù)合、同步控制等高檔數(shù)控系統(tǒng)的功能,適用于高速、高精、多軸、多通道的立式、車(chē)銑復(fù)合,五軸龍門(mén)機(jī)床。專家一致認(rèn)為,該項(xiàng)成果已接近國(guó)際高檔數(shù)控系統(tǒng)的先進(jìn)水平。這意味著,用中國(guó)的“大腦”裝備中國(guó)制造業(yè)已不再是夢(mèng)想。自研制成功以來(lái),華中8型全數(shù)字高檔數(shù)控系統(tǒng)已在中國(guó)航空航天、能源、船舶、汽車(chē)等重點(diǎn)領(lǐng)域用戶實(shí)現(xiàn)了實(shí)際應(yīng)用。

    PLC編程數(shù)控系統(tǒng)效果更佳。PLC控制是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中,根據(jù)CNC內(nèi)部標(biāo)志以及機(jī)床的各控制開(kāi)關(guān)、檢測(cè)元件、運(yùn)行部件的狀態(tài),按照程序設(shè)定的控制邏輯對(duì)諸如刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)、換刀機(jī)構(gòu)、冷卻液等的運(yùn)行進(jìn)行控制。隨著國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的性能不斷強(qiáng)大,對(duì)于PLC控制逐步開(kāi)放,用戶可以根據(jù)加工需求對(duì)PLC進(jìn)行編輯,從而達(dá)到更高的加工效果。

    多通道多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)有所進(jìn)展。多軸聯(lián)動(dòng)是定義一款系統(tǒng)是否為高端數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)尺之一,同時(shí)控制的軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的性能越強(qiáng)大,其加工的可以更加復(fù)雜,國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在在經(jīng)濟(jì)普及型領(lǐng)域逐步占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo),在多軸聯(lián)動(dòng)方面已經(jīng)取得很多成就。國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)雖然與國(guó)外多軸多通道數(shù)控系統(tǒng)在精度、可靠性、加工效率等性能方面有一定的差距,但是隨著更多品牌國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)研究多軸多通道聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng),將會(huì)延續(xù)經(jīng)濟(jì)普及型數(shù)控系統(tǒng)的成績(jī)。

    復(fù)合加工數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)更先進(jìn)。隨著加工零件越來(lái)越復(fù)雜,加工工藝和工序愈加繁多,復(fù)合加工逐漸為復(fù)雜零件、高精密零件和難加工零件提供了先進(jìn)的解決方案。目前復(fù)合加工的集中程度不高,主要以車(chē)銑復(fù)合、車(chē)-磨復(fù)合、車(chē)削-激光加工中心等,多軸聯(lián)動(dòng)、典型復(fù)雜零件加工,更多加工工藝的復(fù)合,將會(huì)是復(fù)合加工研究方向。

    智能化數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)路徑更寬廣。數(shù)控系統(tǒng)由自動(dòng)化向智能化發(fā)展是必然趨勢(shì),智能化數(shù)控系統(tǒng)主要體現(xiàn):操作智能化、加工智能化、維護(hù)智能化、管理智能化。國(guó)內(nèi)高端數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)始智能化的研發(fā),采用開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu),體現(xiàn)了數(shù)控技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,其實(shí)現(xiàn)智能化的技術(shù)路線和途徑更加寬廣,同時(shí)也為客戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)提供了良好的手段。

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