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“黑燈工廠”大揭秘（mì）——實現（xiàn）精密鋁合（hé）金結構（gòu）件無人化製造（zào）

2022-1-20 來源（yuán）：機床協會作者：-

日夜不（bú）停轉的機器，無數機械臂上下飛舞，帶有（yǒu）ID的物料以穩定（dìng）速率前進，流水線（xiàn）有條不紊運行，當工序依次走完，成品由自動化小車分揀送至無人（rén）倉庫.....生產車間熱火朝天，卻見不到幾（jǐ）個工人。這就是現代“黑燈（dēng）工廠”的真實（shí）場景。

“黑（hēi）燈工廠”直譯自英文（wén）Dark Factory，即智慧工廠，亦即從原材料到（dào）最終成品，所有的加工、運輸、檢測過程均在空無一人的工廠內（nèi）完成，無需人工（gōng）操作，把（bǎ）工廠交給機器，所（suǒ）以可以關燈運（yùn）行。故得名“黑燈工廠”。

2021年年（nián）初，由武漢華中數控股份有限公司、沈陽華飛智能科技有限公司、沈陽精銳數控機床有限公司等企業與某重點電子通訊企業聯合，針對電子行業鋁合金複雜精密結構件加工材料的切（qiē）削（xuē）去除（chú）率高、薄壁深腔加工易變形、六麵特征裝夾頻繁等工藝難點，以及由此造成的加工設備利用率低、加工周期長、應急響應遲緩、自動化水（shuǐ）平低的瓶頸問題，研發出（chū）國產高檔數控機床和智能柔性加工生產線，實現了對鋁合金（jīn）複雜精密結構件的高效、多品種、變批量、多工藝融合的柔性化（huà）、規模化、自動（dòng）化、智能化、無人化加工生產，達到了“黑燈工廠”的（de）運行效果。經過（guò）了一年的（de）運行試（shì）生產，加工製造（zào）出數千件各類鋁合金精密結構（gòu）件，加工質量完全滿足生產需求，加工效率大幅提升（shēng）。

該工廠由兩條數控柔（róu）性智能加工生產線組成，每（měi）條（tiáo）生產線由配置華中8型（xíng）數（shù）控（kòng）係統的4台五軸臥式（shì）加工中心、1套生產線中央刀庫及刀具機械手（shǒu）、1套生產線物料庫及物料機械手和生產線管（guǎn）控係統組成。

現場實景圖

那麽，

這些（xiē）鋁合金精密結構件應用於在哪些領（lǐng）域？

有什麽工藝（yì）特點和市場需求？

對數控係統關鍵技術有什麽要求？

該“黑燈工廠”在（zài）加工這些鋁合金精密結構件上又有哪些優勢？

黑燈工廠如何實現自動化和智能化加工生產（chǎn）？

下麵為您一一揭曉！

一、精密鋁合金組件（jiàn）的市場需求

隨著（zhe）我國經濟結構的轉型，即漸漸由製造大國向製造強國轉型的，精密（mì）結構（gòu）件產業麵臨著新的發（fā）展機遇，我國鋁合金精密結構（gòu）件的（de）產量在金屬精密（mì）結構件中的占比已經（jīng）大幅度（dù）提升。隨著航空航天、汽車、通訊等技術的飛速發展，航空結構件（jiàn）、消費（fèi）類電（diàn）子（zǐ）精密結構件及模組、新能源汽車結構件及模組等（děng）產品市場爆發，我國鋁合金精密結構製造行業迎來前所未有的發展機遇。

1．航空航天領域的鋁合金（jīn）、鈦合金和輔材的複雜結構件市場（chǎng）需求（qiú）

航空複雜結構件的梁（liáng）、框、肋、壁（bì）板（bǎn）、接頭、長桁等主要以鋁合金、鈦合金和複合材料組成，航天複雜結構件的殼體類、複（fù）雜筒類、功能關（guān）鍵部件等（děng）主要以鋁合金和複合材料組成（chéng）。

2. 通訊、電子領域（yù）精（jīng）密鋁合金組件（jiàn）市場需求

在通訊領域，隨著5G的發展，以手機、智能手表、筆記本電腦等（děng）為代表（biǎo）的（de）5G智能終端（duān）的需求也越來越大，所需的鋁合金結（jié）構件需求量增長較多。

而5G基站的快速建設，5G散熱殼體、5G通訊腔體（tǐ）濾波器、天線底板、5G接插件等結構件的需求加大。

3．汽車領域精密（mì）鋁合金（jīn）組件市場需求

隨著汽（qì）車產業（yè）的快速發展（zhǎn），輕（qīng）量化技術、材料、工藝的研究（jiū）和開發已經（jīng）成為世界各大汽車生產廠家提（tí）高競爭能（néng）力的（de）關鍵之一。鋁合金作為關鍵的輕量化材料，被各大汽車企業用於替（tì）換原有的鋼製件。目前，鋁合金主要用於（yú）製造（zào）發動機的（de）缸體、缸蓋、軸承座、離合器殼、變速（sù）箱殼、活塞、汽車輪轂等。

此外，隨著中（zhōng）國新能（néng）源汽車（chē）的高速發展，用於新能源汽車鋁合金組件的加工需求將越來越大。這其中，以電驅、電池（chí）、電控為代表的“三電”產品，對鋁合金組件的需求最為明顯，主要包括電機殼、電機端蓋，電池箱體（tǐ）、電池箱上蓋、電池箱底殼，高壓盒PEU殼體，減速箱（xiāng）殼體等。

二、精密鋁合金組件的加工工藝特點

由於鋁合金材料去除量大（dà）、剛性低、強度弱，容易產生較大（dà）變形，加工後難以保證零件的加工精度和表麵質量，精密鋁合金結構件製（zhì）造加工工藝要求較高，具有以下技術特點：

1. 鑽（zuàn）攻、攻絲加（jiā）工多

通（tōng）訊類精密鋁合金組件（jiàn），由於需要（yào）安裝各種電子元器件，所以零件上的孔位多，鑽（zuàn）孔攻（gōng）絲占（zhàn）比大。

2．同一（yī）個工件需完成多個麵多道工序加工，對效率要求高

鋁合金精密組件一般有多個麵經過多道工序加工（gōng），有的零（líng）件6個麵都（dōu）需（xū）要加工，工件在工藝編排不好時，重複（fù）裝拆頻（pín）率較高。

3. 材料去除率大，對精度要求高

由於鋁合金組件小型化（huà）、輕量化、高精度需求，一般零件都是從一整塊鋁（lǚ）件直（zhí）接加工，材料去除率高，有的零件甚至達到95%以上的去除率。同時，有很多薄壁、小圓柱等造型，對精度的要求非常高。

三、精（jīng）密（mì）鋁合（hé）金組件的加工對數控機床和係統的要求

針（zhēn）對（duì）鋁合金複雜精密結構件加工材料的切削去除（chú）率高、薄（báo）壁深腔加工易變形（xíng）、六麵特征裝夾頻繁的工序複雜等工藝難點問題，數控加工工藝方法發生了根本性的變化，對（duì）數控機床和數控係統提出了新的要求，數（shù）控機床從傳（chuán）統的低轉速、大扭矩切（qiē）削加工向高（gāo）轉速、高進給、輕（qīng）負荷切削加工、高效五軸聯動方向發展。同（tóng）時，由於高速（sù）五軸臥式加工中心具有高效、高精度、高複合化等特點，高速五（wǔ）軸（zhóu）臥式加工中心的需求越來越大。因此，高加速度（﹥1G）、高速高精控製、多軸虛擬軸的RTCP控製、同（tóng）步軸（水（shuǐ）平/垂直）全閉環（huán）控製、主從消（xiāo）隙控製、大功率伺服（fú）驅動、高速主軸控製等成為數控（kòng）係統的必備技（jì）術。

1. 黑燈（dēng）工廠如何實現精密鋁合金（jīn）零件的高（gāo）效、高精加工？

黑燈工廠中，華中數控與沈陽精銳（ruì）合作研發的（de）JW5040a5、JW5080a5五軸臥式加工中心（xīn），針對鋁合金組件需要高效率、高精（jīng）度加工的特（tè）點，采用3+2的結（jié）構布局，裝夾一（yī）次最多可以完成6個麵的加工，1次裝夾就可（kě）以完成整（zhěng）個零件（jiàn）的加工，1台臥式五軸加工中心的效率相當於傳統的6台三軸（zhóu）加工中心，由此確保大部分特征在（zài）一次（cì）裝夾中完（wán）成精加工。

機床配置華中數控HNC-848D數控係統，該係統為全數字總線式高檔數控（kòng）裝置，支持自主開（kāi）發的NCUC總線協議及EtherCAT總線協（xié）議，支持總線式全數字伺服驅動（dòng）單元和絕對式伺（sì）服電機、總線式遠程I/O單元、集成手持單元接口。係統采用雙IPC單元的上下位機（jī）結構（gòu），具有高速高精加工控製、五軸聯動控製、多軸多通道控（kòng）製（zhì）、雙軸同步控製及誤差補償等高檔數控係統功能。

針（zhēn）對鋁合金組件的多麵加工技術特點（diǎn），機床應用了華中8型係統的諸多典型五（wǔ）軸功（gōng）能（néng）：RTCP功能、直角頭雙向刀長補、擺（bǎi）頭分度（dù）、動態（tài）精（jīng）度測（cè）定、數顯手搖、斜麵對刀、全閉環模式（shì）下零位保護功能、刀軸方向長（zhǎng）度（dù）補償、五軸傾（qīng）斜麵加工、法向進退刀、線性（xìng）插補、大圓插補等。

五軸RTCP技（jì）術

針對鋁合金組件的鑽孔攻絲多（duō）、快速定位多、精度要求高等技術特點，機（jī）床應用的華中8型係統典（diǎn）型高速高精（jīng）技術有：攻絲同步補償、倍速回退、空行程疊加、伺服抑震（zhèn）濾波（bō）器功能、優速銑、恒進給控製、象限突跳補償、前饋補償等。

攻絲同步補償技術

優速銑技術

象限突跳補償（cháng）技術

2. 黑燈工廠如何實現多品種、變批量、無人化混流加工？

在勞動力愈發昂貴的今天（tiān），製造業已漸漸進入無人工廠時（shí）代。車間（jiān）裏那張巨（jù）大的萬物聯通的網，連接著指揮總控係統和數控機床、數控係統、機（jī）械手（shǒu）、刀（dāo）庫、物料倉等各類設備。

電子通訊類產品（pǐn）因其更（gèng）新迭代（dài）快（kuài）而一般具有小批量、多品（pǐn）種等特征，此類產品行業，往往又存在著生產周期長、換型頻（pín）次高（gāo）、緊急插單情況頻發（fā）、生產計劃變更頻繁、標準作業（yè）不易製（zhì）定等問題（tí）。如何解（jiě）決這些問（wèn）題，實現高效加工？如果隻是在生產現場進行（háng）臨時調整的話，並不能很好地消除生（shēng）產管理過程中的全部浪費（fèi），無法從根本上解決企業的（de）痛（tòng）點。

華中數控針（zhēn）對此類零件加工需求，開發了一套柔性加工生產線管控係統。

生產線管控係統構架圖

該係統具有無人化生產（chǎn）管控、混流並行柔性化加工生產管控、生（shēng）產過程（chéng）故障容錯並聯管控、生產（chǎn）線大數據互（hù）聯互（hù）通、生產線內的排產規劃、生產線自動化（huà）生產管理、生產線智能化等功能，整條產線的主軸利用率達到85%以（yǐ）上。

3. 黑燈工（gōng）廠（chǎng）產（chǎn）線如何實（shí）現中央刀庫與機床刀庫的融合（hé）

諜戰電影中不乏擅長多種武器的高（gāo）手，對付不同的對手選擇不同的陣型，配備不同型號的槍或炮，精準打擊，數控加工亦（yì）如此。在小批量多品種的產品加工過程中，由於零件的（de）多品種（zhǒng）特性，會導致加工中需要使用（yòng）到的刀具種類多，但是由於受到加工中心（xīn）物理刀庫容量（liàng）的限製，一台數控機（jī）床刀庫的刀具一般在20-32把，無法滿足多品種小批量（liàng）多工藝加工的刀具需（xū）求。

擁有最多1000把刀的（de）生產線中央刀具庫設計，是華中數控參與建設的智能柔性加工生產線的（de）最大亮點。生產（chǎn）線的中央刀具庫建立在機床上方，不占地麵空間。生產（chǎn）線管控係統（tǒng）的刀具管理係統統一控製生產線中央刀庫和各個加工中（zhōng）心的（de）本地刀庫，根據排產計劃對（duì）各個加工中心的刀具進行統一（yī）調配和管理，同時自動修改數控係統的刀具參數，實現柔性化加工生產。

例如，智能產線上的中（zhōng）央刀（dāo）庫有（yǒu）216把刀，每（měi）台數控機床的刀庫有20把（bǎ）刀，中（zhōng）央刀庫（kù）和機床刀庫加起來的總刀庫容量最多可達1000把。生產線的總刀庫可（kě）被視為各個加工中心的虛擬刀庫，不受機床物理刀庫容量的限製（zhì）。所有刀具的（de）刀柄采（cǎi）用RFID電子標簽，生產線管控係統根據加工（gōng）工藝的要求，通過生產線的中央刀（dāo）庫對數控機床（chuáng）的刀（dāo）庫自動配置刀具、自（zì）動設（shè）置數控係統的刀具（jù）參數和進（jìn）行刀具的壽命管理。

中央刀庫和刀具搬運機械手

帶有RFID的刀柄及讀寫裝置

刀具管理係（xì）統

四、結語

精密鋁合金（jīn）結構件在高精尖領域應（yīng）用廣泛，華中數控（kòng）用潛心磨（mó）礪20餘年的數控係統技術給這座智能工廠賦能，實（shí）現“黑”科技工廠的降本增效。未（wèi）來，隨著產品迭代（dài）的加快，以5G濾波器、新能源汽車等為代表（biǎo）的精密鋁合金類零件加工越來越多，這種智能產線模式還將在汽（qì）車、通訊、航空航天等領域得以批量推廣應用。

智，本義是聰明，智力強。引申（shēn）義有智慧、智謀、計謀、策略、有智慧的（de）人。科技發展到“智（zhì）能”階段，人可（kě）以將很多聰明能力（lì）移植給芯片、加載（zǎi）於一個虛擬的大腦。數控係統是數控機床的大（dà）腦，未來（lái），數控係統的智能（néng）將為製造插上怎樣的（de）騰飛翅膀？

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