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國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)在汽車零部件制造領(lǐng)域應(yīng)用示范
國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)在汽車零部件制造領(lǐng)域
應(yīng)用示范
一、項(xiàng)目背景
中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，連續(xù)多年產(chǎn)銷量居世界第一。汽車工業(yè)是數(shù)控機(jī)床最重要的市場(chǎng)，在國(guó)內(nèi)汽車零部件制造行業(yè)，發(fā)動(dòng)機(jī)、全電動(dòng)變速箱、高壓油泵驅(qū)動(dòng)單元、輪轂單元、轉(zhuǎn)向節(jié)、車橋、軸承、汽車底盤類等關(guān)鍵零部件制造需要大量的數(shù)控機(jī)床。按我國(guó)機(jī)床消費(fèi)的40％以上用于汽車工業(yè)，每年至少將有10萬(wàn)臺(tái)以上數(shù)控機(jī)床需求。
在汽車及零部件行業(yè)中，用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸等加工的數(shù)控機(jī)床必須滿足高精、高效、高可靠性的要求，以適應(yīng)柔性生產(chǎn)線自動(dòng)化加工特點(diǎn)。目前在這些領(lǐng)域所需數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品中，國(guó)產(chǎn)品牌與國(guó)外品牌相比還存在一定差距，實(shí)現(xiàn)全部使用國(guó)產(chǎn)數(shù)控設(shè)備還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 新能源汽車結(jié)構(gòu)圖
目前，我國(guó)面臨著自主品牌汽車、新能源汽車發(fā)展與制造裝備國(guó)產(chǎn)化互動(dòng)發(fā)展的重要機(jī)遇，需要進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在汽車零部件制造領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率。近年來，國(guó)家采取有力措施，鼓勵(lì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床和國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在汽車零部件制造領(lǐng)域的應(yīng)用示范，使國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床和國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)大批量應(yīng)用成為發(fā)展趨勢(shì)。武漢華中數(shù)控股份有限公司與東風(fēng)設(shè)備制造廠、北京工研精機(jī)股份有限公司、上海機(jī)床廠有限公司及汽車零部件制造用戶企業(yè)緊密合作，在此方面已經(jīng)取得了很好的突破。
二、示范應(yīng)用案例
案例1：華中數(shù)控與東風(fēng)設(shè)備制造廠合作生產(chǎn)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)制造高精密數(shù)控機(jī)床
武漢華中數(shù)控股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱華中數(shù)控）與東風(fēng)設(shè)備制造廠強(qiáng)強(qiáng)攜手，針對(duì)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件數(shù)控加工需求，批量生產(chǎn)配置華中數(shù)控HNC-818B型高性能數(shù)控系統(tǒng)的高精度四軸臥式加工中心，并且組成柔性生產(chǎn)線，成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某重點(diǎn)汽車制造企業(yè)。
該轎車發(fā)動(dòng)機(jī)柔性線具有高速多面銑、鏜、鉆、攻絲等零件加工能力，特別適合鑄鐵類的轎車缸體、缸蓋等生產(chǎn)線的加工需求。目前，華中數(shù)控與東風(fēng)設(shè)備制造廠聯(lián)合生產(chǎn)的高精度四軸臥式加工中心已實(shí)現(xiàn)批量配套生產(chǎn)，使用狀態(tài)良好，得到用戶好評(píng)。
1. 機(jī)床特點(diǎn)
（1）高動(dòng)態(tài)性能：直線軸最大加速度1g，進(jìn)給速度20 m/min，快移60m/min。
（2）高加工精度：定位精度可達(dá)5μm，重復(fù)定位精度可達(dá)3μm，銑削孔圓柱度10μm以內(nèi)（孔直徑100mm）。
（3）高主軸配置：采用電主軸，功率為25kW，最高轉(zhuǎn)速8000r/min。
（4）帶液壓鎖緊轉(zhuǎn)臺(tái)：?120左右盤銑時(shí)，可提高加工效率的同時(shí)保證重切精度。
（5）頂置刀庫(kù)：節(jié)省機(jī)床占地面積的同時(shí)，可提高C-C換刀時(shí)間，減小每個(gè)工件的加工時(shí)間。
（6）雙操作面板：加工位可對(duì)機(jī)床參數(shù)、程序、加工進(jìn)行操作，在前置面板上可對(duì)機(jī)床工件進(jìn)行操作，系統(tǒng)可自動(dòng)加載當(dāng)前工件程序。
（7）斷刀檢測(cè)：頂置刀庫(kù)前端帶有刀檢伺服檢測(cè)裝置，在換刀前或加工后對(duì)刀具破損情況進(jìn)行判斷，保證產(chǎn)品加工合格率。
華中數(shù)控與東風(fēng)設(shè)備制造廠聯(lián)合生產(chǎn)的四軸臥式加工中心
2. 數(shù)控系統(tǒng)解決方案
方案連接圖
（1）數(shù)控系統(tǒng)主要功能：東風(fēng)設(shè)備制造廠生產(chǎn)的四軸臥式加工中心主要應(yīng)用華中數(shù)控HNC-818B數(shù)控系統(tǒng)的高速高精加工，具有三軸及四軸聯(lián)動(dòng)功能，在線刀具測(cè)量和工件測(cè)量、空間誤差補(bǔ)償和全閉環(huán)控制功能、適配智能產(chǎn)線的全開放式網(wǎng)絡(luò)接口功能（可擴(kuò)展Ethercat總線式通訊協(xié)議）、加工大數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能等高檔控制功能。
（2）數(shù)控系統(tǒng)主要配置（見下表）：
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序號(hào) |
名稱 |
規(guī)格型號(hào)信息 |
數(shù)量 |
|
1 |
HNC-818B數(shù)控裝置 |
10.4＂LED彩色液晶顯示屏編程面板與機(jī)床操作面板 |
1 |
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2 |
X/Y/Z軸驅(qū)動(dòng)裝置 |
HSV-180UD-150C |
3 |
|
X/Z軸伺服電機(jī) |
GK6105-8AF61-J20E |
2 |
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Y軸伺服電機(jī) |
GK6105-8AF61-J20B |
1 |
|
|
3 |
B軸驅(qū)動(dòng)裝置 |
HSV-180UD-075C |
1 |
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B軸伺服電機(jī) |
GK6080-6AF61-J20E |
1 |
|
|
4 |
主軸軸驅(qū)動(dòng)裝置 |
HSV-180US-300 |
1 |
|
電主軸 |
PS TCV-91-I-SP |
1 |
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5 |
刀庫(kù)/換刀機(jī)械手/刀檢驅(qū)動(dòng)裝置 |
HSV-160UD-075 |
3 |
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刀庫(kù)伺服電機(jī) |
GK6063-6AC31-J20B |
1 |
|
|
換刀機(jī)械手伺服電機(jī) |
GK6063-6AC31-J20E |
1 |
|
|
刀檢伺服電機(jī) |
GK6025-6AC31-J20E |
1 |
3. 應(yīng)用效果
東風(fēng)設(shè)備制造廠配套華中數(shù)控HNC-818B數(shù)控系統(tǒng)的四軸臥式加工中心主要用于轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的高效批量生產(chǎn)，機(jī)床整機(jī)對(duì)標(biāo)國(guó)外高端機(jī)床產(chǎn)品的可靠性和結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工的高效性、可靠性和精度穩(wěn)定性。
轎車發(fā)動(dòng)機(jī)柔性線組線及現(xiàn)場(chǎng)加工圖
案例2：華中數(shù)控與北京工研精機(jī)股份有限公司合作生產(chǎn)的四軸臥式加工中心應(yīng)用于汽車零部件制造領(lǐng)域
華中數(shù)控與北京工研精機(jī)股份有限公司緊密合作，針對(duì)汽車行業(yè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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-848C型高檔數(shù)控系統(tǒng)的μ2000/630HF精密四軸臥式加工中心。目前，雙方合作生產(chǎn)的精密四軸臥式加工中心已經(jīng)形成批量銷售，大多用于加工精度要求較高的動(dòng)力總成箱體、缸體等各類零件，適合多品種及大批量加工。
1. 機(jī)床特點(diǎn)
μ2000/630HF精密四軸臥式加工中心采用正T型布局，龍門框中框結(jié)構(gòu)；Z軸為雙驅(qū)動(dòng)，可增加機(jī)床動(dòng)態(tài)剛度，快速抑制振動(dòng)，提高加工表面質(zhì)量；Y軸采用主軸箱重量平衡設(shè)計(jì)，保證機(jī)床具有良好的動(dòng)態(tài)特性；基礎(chǔ)件采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵材料，機(jī)床整體具有高剛度、高精度，良好的動(dòng)態(tài)特性。機(jī)床廣泛適用于汽車、模具、船舶等領(lǐng)域中小型箱體和缸體零件的高精、高效加工。
機(jī)床工作臺(tái)630x630mm，XYZ軸行程1000/900/900mm，主軸轉(zhuǎn)速8000r/min，快移速度30m/min，直線軸定位精度0.006mm，重復(fù)定位精度0.0035mm，轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度6"，重復(fù)定位精度3"。
μ2000/630HF四軸臥式加工中心
2. 數(shù)控系統(tǒng)解決方案
（1）數(shù)控系統(tǒng)主要功能：北京工研精機(jī)股份有限公司μ2000/630HF臥式加工中心主要應(yīng)用華中HNC-848C數(shù)控系統(tǒng)的四軸聯(lián)動(dòng)、圓柱插補(bǔ)、高速高精控制、在線刀具測(cè)量和工件測(cè)量、空間誤差補(bǔ)償、熱誤差補(bǔ)償和高精度絕對(duì)光柵全閉環(huán)控制功能、智能產(chǎn)線適配的全開放式網(wǎng)絡(luò)接口功能、加工大數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能等高檔控制功能。
HNC-848C數(shù)控系統(tǒng)
（2）數(shù)控系統(tǒng)裝置、伺服驅(qū)動(dòng)和電機(jī)配置清單（見下表）：
| 序號(hào) | 名稱 | 規(guī)格型號(hào)信息 | 數(shù)量 |
| 1 | HNC-848C數(shù)控裝置 | 15寸彩色液晶屏，高速高精，網(wǎng)絡(luò)功能。 | 1 |
| 2 | X軸驅(qū)動(dòng)裝置 | HSV-180UD-200A | 1 |
| X軸伺服電機(jī) | GK6107-8SF61-J20E | 1 | |
| 3 | Y軸驅(qū)動(dòng)裝置 | HSV-180UD-200A | 1 |
| Y軸伺服電機(jī) | GK6107-8SF61-J20B3 | 1 | |
| 4 | Z軸驅(qū)動(dòng)裝置 | HSV-180UD-050A | 2 |
| Z軸伺服電機(jī) | GK6101-8AC61-J20E | 2 | |
| 6 | B軸驅(qū)動(dòng)裝置 | HSV-180UD-075A | 1 |
| B軸伺服電機(jī) | GK6087-6AF61-J20E | 1 | |
| 7 | S軸驅(qū)動(dòng)裝置 | HSV-180US-450A | 1 |
| S軸伺服電機(jī) | SMS 060.26.6.FOS | 1 |
3. 應(yīng)用效果
配套華中數(shù)控HNC-848C數(shù)控系統(tǒng)的μ2000/630HF臥式加工中心已經(jīng)在某汽車齒輪傳動(dòng)公司批量應(yīng)用，主要用于中重型車用變速器殼體類產(chǎn)品高效、高精加工，滿足用戶加工需求。
用于變速器殼體類零件加工
案例3：華中數(shù)控與上海機(jī)床廠有限公司批量生產(chǎn)復(fù)合磨削中心應(yīng)用于汽車零部件制造
華中數(shù)控與上海機(jī)床廠有限公司緊密合作，針對(duì)精密軸系的數(shù)控加工需求，生產(chǎn)配置華中數(shù)控HNC-848D高性能數(shù)控系統(tǒng)的H377復(fù)合磨削中心。目前，該機(jī)型已經(jīng)形成批量銷售，全部用于高精密軸系部件的磨削加工。
1.機(jī)床特點(diǎn)
H377復(fù)合磨削中心共有4個(gè)進(jìn)給軸（X軸、Z軸、B軸）1個(gè)頭架主軸（C/S軸），3個(gè)模擬量砂輪主軸并且設(shè)備還配備有外圓砂輪、端面砂輪、內(nèi)圓砂輪、3個(gè)磨削工位，程控尾座、工件測(cè)頭，具有一次裝夾完成外圓、端面、內(nèi)孔等表面的磨削加工，能夠適應(yīng)各種回轉(zhuǎn)體的高精度磨削工藝，滿足高精密軸系加工的需求。
華中數(shù)控與上海機(jī)床廠有限公司合作生產(chǎn)H377磨削中心
（1）自動(dòng)修整砂輪：模塊化參數(shù)設(shè)置外圓、端面、內(nèi)圓砂輪修整數(shù)值和修整方式。
（2）高磨削精度：定位精度2μm，重復(fù)定位精度1.5μm，磨削內(nèi)孔圓柱度5μm以內(nèi)（孔直徑80mm）。
（3）高速主軸配置：采用15kW和16kW 的電主軸，最高轉(zhuǎn)速40000r/min，并配有恒溫冷卻裝置，保持主軸精度穩(wěn)定。
（4）三工位磨頭：一個(gè)外圓磨頭工位，一個(gè)端面磨頭工位，一個(gè)內(nèi)圓磨頭工位，能夠有效減少裝夾次數(shù)，提高磨削效率。
（5）C/S頭架軸：頭架軸采用國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)，回轉(zhuǎn)精度高、動(dòng)態(tài)特性好，可以根據(jù)磨削零件的類型切換速度、位置控制模式。
2. 數(shù)控系統(tǒng)解決方案
華中數(shù)控HNC-848D高性能系統(tǒng)連接示意圖
（1）數(shù)控系統(tǒng)主要功能：H377復(fù)合磨削中心主要應(yīng)用華中HNC-848D數(shù)控系統(tǒng)，X、Z、B軸定位精度達(dá)0.0015mm以內(nèi)，重復(fù)定位精度達(dá)到0.002mm以內(nèi)。內(nèi)圓砂輪最高轉(zhuǎn)速可達(dá)40000r/min，具備一鍵回退、報(bào)警安全回退功能、手輪中斷功能、工件測(cè)量功能、空間誤差補(bǔ)償和全閉環(huán)控制功能、適配智能產(chǎn)線的全開放式網(wǎng)絡(luò)接口功能、加工大數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能等高檔控制功能。
（2）數(shù)控系統(tǒng)裝置、伺服驅(qū)動(dòng)和電機(jī)配置清單（見下表）：
| 軸號(hào) | 配置 | 功能需求 |
| X軸 | 驅(qū)動(dòng)：HSV-180UD-75C 電機(jī)：GK6085-6AC61-JE Z81 光柵：LC485 絕對(duì)值 | （1）行程：320mm （2）定位精度0.0015mm；重復(fù)定位精度0.001mm。 |
| Z軸 | 驅(qū)動(dòng)：HSV-180UD-75C 電機(jī)：GK6085-6AC61-JE Z81 光柵：LC485 絕對(duì)值 | （1）行程：1000mm （2）定位精度0.002mm；重復(fù)定位精度0.0015mm。 |
| B軸 | 驅(qū)動(dòng)：HSV-180UD-75C 力矩電機(jī)：TMB+0210-150-TA-SH2-NN 圓光柵：RNC8580 | （1）行程：215° （2）定位精度3″；重復(fù)定位精度2″。 |
| C軸 | 驅(qū)動(dòng)：HSV-180UD-35C 電機(jī)：GK6085-6AA61-JE-Y72 Z81 編碼器：131072線 | （1）行程：360° （2）定位精度0.02秒；重復(fù)定位精度0.013″。 |
| 外圓砂輪主軸 | 模擬量控制：HIO-1073板卡 變頻電機(jī)430-210430-C80L | （1）最大運(yùn)行速度：1719r/min （2）轉(zhuǎn)速偏差0%到-5%的范圍 |
| 端面砂輪主軸 | 模擬量控制：HIO-1073板卡 變頻電機(jī)430-210430-C80L | （1）最大運(yùn)行速度：1719r/min （2）轉(zhuǎn)速偏差0%到-5%的范圍 |
| 內(nèi)圓砂輪主軸 | 模擬量控制：HIO-1073板卡 變頻電機(jī)430-120300-M22 | （1）最大運(yùn)行速度：40000r/min （2）轉(zhuǎn)速偏差0%到-5%的范圍 |
華中數(shù)控HNC-848D數(shù)控系統(tǒng)
內(nèi)圓磨削數(shù)控加工 外圓磨削數(shù)控加工
3. 應(yīng)用效果
配套華中數(shù)控HNC-848D高性能數(shù)控系統(tǒng)的H377磨削中心目前主要應(yīng)用于精密軸系零件的加工，能夠磨削高硬度、高強(qiáng)度的難切削材料，如：汽車變速箱傳動(dòng)軸、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋凸輪軸、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等軸系零件，并且具備砂輪動(dòng)平衡檢測(cè)及防碰撞功能、碰撞回退等功能。
內(nèi)圓零件數(shù)控加工樣件
三、項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)
1. 關(guān)鍵設(shè)備，提高工藝適用性和自主可控
目前，針對(duì)汽車零部件制造的國(guó)產(chǎn)裝備工藝適應(yīng)性不足，關(guān)鍵制造裝備和生產(chǎn)線等受制于人。華中數(shù)控與東風(fēng)設(shè)備制造廠、北京工研精機(jī)、上海機(jī)床廠、汽車零部件制造企業(yè)緊密合作，通過對(duì)乘用車關(guān)鍵零件數(shù)控加工效率和加工工藝的研究，提高了國(guó)產(chǎn)裝備（數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)等）的加工功能適應(yīng)性。對(duì)乘用車關(guān)鍵零件復(fù)合加工生產(chǎn)線所采用的國(guó)產(chǎn)裝備（主機(jī)、系統(tǒng)等）的功能、性能和可靠性進(jìn)行全面考核和驗(yàn)證，提高了國(guó)產(chǎn)裝備精度穩(wěn)定性與可靠性。
2. 增強(qiáng)信心，提供汽車關(guān)鍵零部件生產(chǎn)線建設(shè)完整解決方案
國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，組成關(guān)鍵工藝技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，與汽車零部件制造企業(yè)共同設(shè)計(jì)、制造生產(chǎn)線，深入研究乘用車關(guān)鍵零件加工工藝技術(shù)，從原來的甲乙方關(guān)系變成團(tuán)隊(duì)合作關(guān)系，實(shí)現(xiàn)用國(guó)產(chǎn)裝備提供汽車關(guān)鍵零部件生產(chǎn)線整體解決方案的能力，提高汽車關(guān)鍵零部件加工質(zhì)量、加工精度、加工效率，增強(qiáng)汽車零部件企業(yè)應(yīng)用國(guó)產(chǎn)裝備建線的信心。
3.前景廣闊，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)汽車零部件創(chuàng)新能力
應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)支持的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)所采用的數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)以及功能部件的功能、性能等進(jìn)行全面驗(yàn)證和提升，提高國(guó)產(chǎn)裝備整體工藝解決方案的能力。這將有力推動(dòng)專項(xiàng)成果在汽車關(guān)鍵零部件制造企業(yè)的示范應(yīng)用，加快國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)滿足汽車關(guān)鍵零部件制造企業(yè)的需求，為我國(guó)汽車關(guān)鍵零部件技術(shù)創(chuàng)新、關(guān)鍵制造裝備國(guó)產(chǎn)化做出貢獻(xiàn)。
（供稿：武漢華中數(shù)控股份有限公司，東風(fēng)設(shè)備制造廠，北京工研精機(jī)股份有限公司，上海機(jī)床廠有限公司 責(zé)編：李華翔）
