【機床商務(wù)網(wǎng)欄目 名企在線】根據(jù)國家有關(guān)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(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈研究，梳理行業(yè)發(fā)展脈絡(luò)，推動行業(yè)企業(yè)融入以內(nèi)循環(huán)為主體、國內(nèi)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(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)進展和應(yīng)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(shù)水平
 

　　數(shù)控機床是裝備制造業(yè)重要的“工業(yè)母機”，其技術(shù)水平代表著一個國家的綜合競爭力。基礎(chǔ)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、數(shù)控機床，所需數(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(chǔ)制造裝備”支持下，華中數(shù)控經(jīng)過艱苦努力，在多項關(guān)鍵技術(shù)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(biāo)達到同行先進水平。
 

　　在產(chǎn)品研發(fā)過程中，華中數(shù)控攻克了一批關(guān)鍵共性技術(shù)難題，包括：開放式、模塊化數(shù)控系統(tǒng)軟平臺技術(shù)，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(shù)，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(yīng)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(shù)支撐。
 

圖1 華中8型高性能數(shù)控系統(tǒng)
 

　　曾在中機聯(lián)組織的成果鑒定會上，專家委員會認(rèn)為：“華中數(shù)控在我國數(shù)控系統(tǒng)后發(fā)追趕、面臨更嚴(yán)苛要求的應(yīng)戰(zhàn)壓力下，奮力拼博，歷經(jīng)幾代技術(shù)攻關(guān)，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”。
 

圖2 獲獎證書
 

　　二、華中8型數(shù)控系統(tǒng)的亮點和技術(shù)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(shù)特點。
 

　　1. 亮點
 

　　(1)高速、高精度控制技術(shù)
 

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

圖3 高精度加工達到高光表面
 

　　(2)多軸聯(lián)動、多通道控制技術(shù)
 

　　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(fù)合、雙軸同步等。
 

圖4 五軸運動模型
 

圖5 多通道控制技術(shù)
 

　　(3)平臺化技術(shù)
 

　　構(gòu)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(nèi)/外部設(shè)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。
 

圖6 硬件平臺
 

圖7 軟件平臺
 

　　(4)智能化控制技術(shù)
 

　　華中數(shù)控在華中8型高性能數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于云計算、大數(shù)據(jù)、CPS等單元技術(shù)，利用控制信息、傳感信息、網(wǎng)絡(luò)信息，實現(xiàn)了數(shù)控設(shè)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。
 

圖8 智能化控制技術(shù)
 

　　2. 創(chuàng)新點
 

　　(1)基于以太網(wǎng)的數(shù)控系統(tǒng)高速實時現(xiàn)場總線技術(shù)，構(gòu)建全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)體系架構(gòu)，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(nèi)外設(shè)備間信息的實時可靠交換。
 

圖9 總線控制技術(shù)：內(nèi)部總線(NCUC-Bus)，外部協(xié)議(NC-Link)
 

　　(2)建立多軸聯(lián)動機床統(tǒng)一運動學(xué)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(fù)雜軌跡控制，滿足復(fù)雜形狀零件的加工需求。
 

圖10 多軸多通道控制
 

　　(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(qū)動控制技術(shù)，研制高響應(yīng)、高能效、低轉(zhuǎn)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。
 

圖11高速納米插補
 

圖12 高速高精優(yōu)化
 

　　(4)基于云計算的數(shù)控系統(tǒng)智能化技術(shù)，構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)云服務(wù)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(shù)，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(yīng)用。
 

圖13 數(shù)控加工“心電圖”
 

圖14 工藝參數(shù)優(yōu)化技術(shù)
 

　　三、華中8型數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用效果
 

　　目前，華中8型數(shù)控系統(tǒng)已與10多類約2000臺數(shù)控機床實現(xiàn)了配套應(yīng)用，其中包括：高速/精密車削中心、高速/精密立加、車銑復(fù)合、高速/精密臥加、五軸聯(lián)動加工中心、六軸砂帶磨等數(shù)控機床，滿足國內(nèi)高速、高精、大型、重型、復(fù)合、生產(chǎn)線等數(shù)控裝備的配套需求。所配套產(chǎn)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(jì)公司、東風(fēng)設(shè)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。
 

圖15 寶雞機床集團批量配置華中8型系統(tǒng)的加工中心車間
 

　　通過重點領(lǐng)域的“應(yīng)用示范”工程，華中8型數(shù)控系統(tǒng)已在多家大型骨干企業(yè)進行批量示范應(yīng)用，滿足了復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，復(fù)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(fù)雜零件、復(fù)合材料加工的制造要求。
 

圖16 沈陽某重點企業(yè)批量配套華中8型系統(tǒng)的車間
 

　　通過汽車制造領(lǐng)域的“應(yīng)用示范”工程，華中8型數(shù)控系統(tǒng)已在吉林省吉通機械制造有限責(zé)任公司、東風(fēng)活塞軸瓦有限公司、華晨寶馬汽車有限公司、東風(fēng)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(yīng)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(guān)鍵零件的制造要求。
 

圖17 東風(fēng)楚凱公司批量配套華中8型系統(tǒng)的生產(chǎn)線現(xiàn)場
 

圖18 吉林通用公司批量配套華中8型系統(tǒng)的車間
 

圖19 上汽通用公司配置華中8型系統(tǒng)的生產(chǎn)車間
 

　　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(yīng)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(shè)備葉片制造。東方汽輪機有限公司應(yīng)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(chǎn)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(fù)雜曲面進行磨削拋光的技術(shù)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(lǐng)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(yīng)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(guān)鍵技術(shù)的高速鉆攻中心數(shù)控系統(tǒng)，其加工效率優(yōu)于同類產(chǎn)品，并且建立了多個3C加工智能工廠。
 

圖20 批量配置華中8型系統(tǒng)的3C加工企業(yè)生產(chǎn)車間
 

　　四、華中8型數(shù)控系統(tǒng)市場和產(chǎn)業(yè)化前景
 

　　1. 制造業(yè)轉(zhuǎn)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(zhì)量發(fā)展、由制造大國向制造強國轉(zhuǎn)型的重要階段，隨著制造業(yè)需求持續(xù)旺盛和制造業(yè)對制造工藝和技術(shù)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(nèi)機床領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)發(fā)展
 

　　華中數(shù)控作為國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域核心企業(yè)之一，通過承接國家重大專項，經(jīng)過20多年研發(fā)積累，其產(chǎn)品的功能、性能與先進水平的差距逐漸縮小，并在部分細分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)零的突破，支持了國內(nèi)機床制造關(guān)鍵核心技術(shù)的發(fā)展。
 

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

　　高檔數(shù)控機床關(guān)鍵功能部件的性能和質(zhì)量決定了整機的性能和質(zhì)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(shù)與華中8型數(shù)控系統(tǒng)融合應(yīng)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(zhì)量發(fā)展。
 

圖21 華中9型智能數(shù)控系統(tǒng)