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華中（zhōng）8型數控係統的研（yán）發與應用

2020-12-28 來源：-- 作者：-

根據（jù）國家有關部門要（yào）求，中國機床工具工業協會（huì）組織重（chóng）點企業開展產業鏈供應鏈研究（jiū），梳理行業發展脈絡，推動（dòng）行業企業融入以內循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局。為此，協會傳媒（méi）部就國產數（shù）控係統開發進（jìn）展和應用推廣情況進行了采訪梳（shū）理，並予以係列報道，供行業企業和廣大用戶參考。

一、華中8型數控係統的研發背景及技術水平

數控機床是裝備製造業最重（chóng）要的“工業母機（jī）”，其技術水平代表著一個國家的綜合競爭力。基礎薄（báo）弱、缺“芯”少“腦”一直是“中國製造”的（de）短板。數控係統作（zuò）為數控機床的“大腦”，是決定數控機床功能、性能、可靠性及成（chéng）本的核心部件。據統計，我國每年進口大量中、高端數控機床，所需高端數控係統大量進口的局麵更（gèng）沒有得（dé）到很好緩解。

從2009年開始，在國家科技重（chóng）大專項“高檔數控機床與（yǔ）基礎製造（zào）裝備”支持下，華中數控經過艱苦努力，在多項關鍵技術上實現了曆史性突破，成功（gōng）研製出華中8型係列化高檔數控係統，其功（gōng）能和性能指標達到國際同行先進水平。

在產品研發過程中，華中數控攻克了一批關鍵共性技術難題，包括（kuò）：開放式、模塊化數控係統軟平台技術，開放式數控係統二次開發（fā）平台，高速高精運動控製、現場總線和多軸（zhóu）多（duō）通道控製技術，基於指令（lìng）域大數據分析的工藝參數優化、數控機床健康保障等智（zhì）能化應用功能，為研製出自主可控的華中8型係列（liè）化中、高檔數控係統提供了原創技術支撐。

圖1 華中8型高性能數控係統

曾（céng）在中機聯組織的成果鑒定會上，專家（jiā）委員（yuán）會認（rèn）為（wéi）：“華中數控在我國數控係統（tǒng）後發追趕、麵臨更嚴苛要求的應戰壓力下，奮力拚博，曆經幾代技術攻關，開發出了以華中8型為代表的自主可控的數控係統，全麵達到國際先進水（shuǐ）平，可替代進口。”2017年，華中8型數控係統獲得“國家科技進步二等（děng）獎”。

圖2 獲獎證（zhèng）書

二、華中8型（xíng）數控係統的亮點和技術創新點

華中數控自主創（chuàng）新，在（zài）實現數控加工更精、更快、更智能方麵進行了探索，研製的華中8型（xíng）數控係統具備以下技術（shù）特點。

1. 亮點

（1）高速、高精度控製技術

係統具備（bèi）納（nà）米（mǐ）級（jí）插補計算精度，最小插補周期0.125毫（háo）秒，程（chéng）序前瞻預讀2000段以上。係統（tǒng）配置（zhì）總線式伺服驅動係統（tǒng），可與多種（zhǒng）絕對式/增量式旋轉編碼器和（hé）光柵尺配接（jiē），實現了高速高精加工。

圖3 高精度加工達到高光表麵

（2）多軸聯動、多通道控製技術

係統可實（shí）現8通道、64軸控製，具備先進的多軸聯動加工功能，如五（wǔ）軸RTCP、傾斜麵加工、車銑複合（hé）、雙軸同步等。

圖4 五軸運動模型

圖5 多（duō）通道（dào）控製技術（shù）

（3）平（píng）台化技術

構建了高性能數控係統軟（ruǎn）硬（yìng）件（jiàn）平台和新型開放式二次開發平台（tái），實現了數控係統內/外部設備全數字化通訊和互聯，為用戶提供了多層次（cì）的深度開發手段。

圖6 硬件平（píng）台

圖7 軟件平台

（4）智能化控製技術

華中數控在華中8型（xíng）高性能（néng）數控係統的（de）基礎上，基於雲計算、大數據、CPS等單元技術，利用控製信息、傳（chuán）感（gǎn）信息、網絡信息，實現了數控設備的運行、加工、操作和編程等環節的智能化，開發了數控係統遠程監控、工藝優化、健康保障、斷刀監測等智（zhì）能化功能（néng）。

圖8 智（zhì）能化控製技術

2. 創新點

（1）基（jī）於以太網的數控係統高速實時（shí）現（xiàn）場總線技（jì）術，構建全（quán）數字數控係統（tǒng）體係架構，研發嵌入（rù）式（shì）一體化的數控係統軟硬件平台，實現了內外設備間信息的（de）實時可靠交換。

圖9 總線控製（zhì）技術：內部總線（NCUC-Bus），外部協議（NC-Link）

（2）建立多（duō）軸聯動（dòng）機床統一運（yùn）動學模型（xíng），提出雙矢量位姿變換方法，開發RTCP、大圓插補、定向加工、主軸同步、伺服（fú）軸位（wèi）置同步、多通道協同等功能，實現了多軸耦合運動的複雜軌跡控製（zhì），滿（mǎn）足複雜形狀零件的加工需求。

圖10 多軸多通道控製

（3）提出了基於柔性加減速的高速（sù）納米插補（bǔ）方法，開發高速、高精、高（gāo）剛度的驅動控（kòng）製（zhì）技術，研製高響應、高能效、低（dī）轉矩波動的（de）伺服（fú）電機，實（shí）現了高速高（gāo）精（jīng）運（yùn）動的柔性平滑和電（diàn）機高增益寬域控製，滿足（zú）高（gāo）速加工要求。

圖11高速納米（mǐ）插補

圖12 高速高精優（yōu）化

（4）基於（yú）雲計算的數控係統（tǒng）智能化技術，構（gòu）建數控係統雲服務平台，提出了數控係統電控大（dà）數（shù）據的指令域分析方法，研究加工過程物理信息資（zī）源的深度挖掘技術，實現了數控機床健（jiàn）康評估、斷刀監測、工藝參數優化等智能化應用。

圖13 數控加工“心電圖”

圖（tú）14 工藝參數（shù）優化技術

三、華中8型數控（kòng）係統的應用領域及應用效果

目前，華中8型數控（kòng）係統已與10多類約（yuē）2000台（tái）高端數控（kòng）機床實現了配套（tào）應用，其中包括：高速/精密車削中心、高速/精密立加、車銑複合、高速/精密臥加（jiā）、五軸（zhóu）聯動加工中心、六軸砂帶磨等高端數控（kòng）機床，滿足國內高速、高精、大型、重型、複合、生產線（xiàn）等高端數控裝備的配套需求。所（suǒ）配套產品的企業包括秦川機床集團、四川普什寧江機床有限公司、北京工研精機（jī）、武漢重型機床集團、北京第（dì）一機床（chuáng）廠、北京第二機床廠、寶雞機（jī）床集（jí）團、深圳創世紀公司、東風設備製造有限公司、上海拓璞數（shù）控科技有（yǒu）限公司、上海機床廠有限（xiàn）公（gōng）司、蘇州信能精（jīng）密機械有限公（gōng）司等。

圖15 寶雞（jī）機床集團批量配置華中8型係統的加工中心車間

通過重點領域的（de）“應用示範”工程，華中8型高端數（shù）控係統已在多家（jiā）大型骨（gǔ）幹企業進行批量示範應用，滿足了複雜結構件，複雜壁（bì）板框段類零件，發動機機（jī）匣、葉片和燃氣輪機機匣（xiá）等複雜零件、複合材料加工的製造要（yào）求。

圖16 沈（shěn）陽某重點企業批（pī）量配套華中8型係統的車間

通過汽車製造領（lǐng）域（yù）的“應用示範”工程，華中8型高端數（shù）控係統已在吉林省吉通機械製造有限責（zé）任公司、東（dōng）風活塞軸瓦有限公司、華晨寶馬汽車有限公司、東風楚（chǔ）凱(武漢)汽車零部件（jiàn）有限公司、雙港（gǎng）活塞公（gōng）司、上海通用五菱公司、營口華潤有色金屬製造有限公司、綦江齒輪傳動（dòng）有限公司、交大智邦公司等骨（gǔ）幹（gàn）企業（yè）批量示範應用，滿足了發動機缸體、缸（gāng）蓋、輪轂、高壓油泵（bèng）殼（ké）體、底盤類等關鍵（jiàn）零件的製（zhì）造要求。

圖17 東風（fēng）楚凱公司批量配套華中8型係統的生產線現場

圖（tú）18 吉林通用（yòng）公司批量配套華中（zhōng）8型係統的車間

圖19 上汽通用公司配置華中8型係統的生產（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（gōng）司等兩家企業應用華中8型數控係統15台套，主要（yào）用於火電汽（qì）輪機（jī）、核電汽輪機、燃氣輪機等發電設備葉片製造（zào）。東（dōng）方汽（qì）輪機有限（xiàn）公司應（yīng）用配（pèi）華中8型數控係統的10台九軸六聯動數控砂（shā）帶磨床組成產線（xiàn），用於大型汽輪機葉片、核電葉片、燃機（jī）葉片型麵的（de）拋磨（mó），解決了以汽輪機葉片為代表的複（fù）雜曲麵進行磨削拋光的技術難題，開（kāi）發出專用華中8型高檔數控係（xì）統和砂帶磨削加工工藝編程軟件，整體（tǐ）水（shuǐ）平有較大提（tí）升。

2009-2019年，華中8型高端型（xíng）數控係統全麵進入汽車製造、能源裝備、船舶製造、機床工具、模具（jù）、3C等領域的主戰場，累計銷售10萬多台套，在2000多家（jiā）企（qǐ）業批量應用。特別（bié）是2015年以來，華中數控針對3C製造行業的巨大（dà）需求，研製並批量銷售了具有高速高精（進給（gěi）快移速（sù）度（dù）達60m/min，進給加速度達1G）、高速主軸控製（24000r/min）等關鍵技術的高（gāo）速鑽攻中心數控係統，其（qí）加工（gōng）效率優於同類產（chǎn）品（pǐn），並且建立了（le）多個3C加工智能工廠。

圖20 批量配置華中8型係統的3C加（jiā）工企業生產車間

四（sì）、華中8型（xíng）數控係統市場和產業化前景

1. 製造（zào）業轉型升級（jí）為（wéi）華中8型數控係（xì）統提供巨大（dà）發展契機

目（mù）前，我國正處於製造業高質量發展（zhǎn）、由製造大國向製造強國轉型的重要階段，隨著高端製（zhì）造業需求持續旺盛和（hé）高端製造業對製造工藝和技術要求不斷提升（shēng），華中8型數控係統的市場需求將不（bú）斷擴大，具有廣闊的發展前（qián）景。

2. 華中8型數控係統支持國內機床領域關鍵核心技術發展

華中數控作（zuò）為國內（nèi）數控係統領域核心企業之一，通過承接國家重大專項，經過20多年研發積累，其高端產品的功能、性能（néng）與國際先進水平的差距逐（zhú）漸縮（suō）小，並在（zài）部分高端（duān）細分（fèn）領（lǐng）域實現國產數控係統（tǒng）零的突破，支持了國內機床（chuáng）製造關鍵核心技（jì）術的發展。

3. 數控技術與新一代人工智能技術融（róng）合，將促進我國機床產業發展

高檔數控機床關鍵功能部件的性能和質量決定（dìng）了整機的性能（néng）和質量。為了改變受製於人（rén）的現狀，我（wǒ）們將加快新一代人工信息技（jì）術與華中8型數控係統融合應用，研發華中9型智能數控係統，與機床（chuáng）企業聯合研製智能機床，促進中（zhōng）國機床行業向高質量發展。

圖21 華（huá）中（zhōng）9型智能數（shù）控係（xì）統

（供稿：武漢華中數（shù）控股份有限公司；編輯整理：中國機床工具工業協會-梅峰）

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