國產數控機床和數控系統在汽車零部件制造領域應用示范
國產數控機床和數控系統在汽車零部件制造領域
應用示范
一、項目背景
中國汽車產業發展迅速，連續多年產銷量居世界第一。汽車工業是數控機床最重要的市場，在國內汽車零部件制造行業，發動機、全電動變速箱、高壓油泵驅動單元、輪轂單元、轉向節、車橋、軸承、汽車底盤類等關鍵零部件制造需要大量的數控機床。按我國機床消費的40％以上用于汽車工業，每年至少將有10萬臺以上數控機床需求。
在汽車及零部件行業中，用于發動機缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸等加工的數控機床必須滿足高精、高效、高可靠性的要求，以適應柔性生產線自動化加工特點。目前在這些領域所需數控機床產品中，國產品牌與國外品牌相比還存在一定差距，實現全部使用國產數控設備還有相當長的路要走。
汽車發動機結構圖 新能源汽車結構圖
目前，我國面臨著自主品牌汽車、新能源汽車發展與制造裝備國產化互動發展的重要機遇，需要進一步提高國產數控機床在汽車零部件制造領域的市場占有率。近年來，國家采取有力措施，鼓勵國產數控機床和國產數控系統在汽車零部件制造領域的應用示范，使國產數控機床和國產數控系統大批量應用成為發展趨勢。武漢華中數控股份有限公司與東風設備制造廠、北京工研精機股份有限公司、上海機床廠有限公司及汽車零部件制造用戶企業緊密合作，在此方面已經取得了很好的突破。
二、示范應用案例
案例1：華中數控與東風設備制造廠合作生產轎車發動機制造高精密數控機床
武漢華中數控股份有限公司（以下簡稱華中數控）與東風設備制造廠強強攜手，針對轎車發動機關鍵零件數控加工需求，批量生產配置華中數控HNC-818B型高性能數控系統的高精度四軸臥式加工中心，并且組成柔性生產線，成功應用于國內某重點汽車制造企業。
該轎車發動機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、缸蓋等生產線的加工需求。目前，華中數控與東風設備制造廠聯合生產的高精度四軸臥式加工中心已實現批量配套生產，使用狀態良好，得到用戶好評。
1. 機床特點
（1）高動態性能：直線軸最大加速度1g，進給速度20 m/min，快移60m/min。
（2）高加工精度：定位精度可達5μm，重復定位精度可達3μm，銑削孔圓柱度10μm以內（孔直徑100mm）。
（3）高主軸配置：采用電主軸，功率為25kW，最高轉速8000r/min。
（4）帶液壓鎖緊轉臺：?120左右盤銑時，可提高加工效率的同時保證重切精度。
（5）頂置刀庫：節省機床占地面積的同時，可提高C-C換刀時間，減小每個工件的加工時間。
（6）雙操作面板：加工位可對機床參數、程序、加工進行操作，在前置面板上可對機床工件進行操作，系統可自動加載當前工件程序。
（7）斷刀檢測：頂置刀庫前端帶有刀檢伺服檢測裝置，在換刀前或加工后對刀具破損情況進行判斷，保證產品加工合格率。
華中數控與東風設備制造廠聯合生產的四軸臥式加工中心
2. 數控系統解決方案
方案連接圖
（1）數控系統主要功能：東風設備制造廠生產的四軸臥式加工中心主要應用華中數控HNC-818B數控系統的高速高精加工，具有三軸及四軸聯動功能，在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償和全閉環控制功能、適配智能產線的全開放式網絡接口功能（可擴展Ethercat總線式通訊協議）、加工大數據采集和監控功能等高檔控制功能。
（2）數控系統主要配置（見下表）：
|
序號 |
名稱 |
規格型號信息 |
數量 |
|
1 |
HNC-818B數控裝置 |
10.4＂LED彩色液晶顯示屏編程面板與機床操作面板 |
1 |
|
2 |
X/Y/Z軸驅動裝置 |
HSV-180UD-150C |
3 |
|
X/Z軸伺服電機 |
GK6105-8AF61-J20E |
2 |
|
|
Y軸伺服電機 |
GK6105-8AF61-J20B |
1 |
|
|
3 |
B軸驅動裝置 |
HSV-180UD-075C |
1 |
|
B軸伺服電機 |
GK6080-6AF61-J20E |
1 |
|
|
4 |
主軸軸驅動裝置 |
HSV-180US-300 |
1 |
|
電主軸 |
PS TCV-91-I-SP |
1 |
|
|
5 |
刀庫/換刀機械手/刀檢驅動裝置 |
HSV-160UD-075 |
3 |
|
刀庫伺服電機 |
GK6063-6AC31-J20B |
1 |
|
|
換刀機械手伺服電機 |
GK6063-6AC31-J20E |
1 |
|
|
刀檢伺服電機 |
GK6025-6AC31-J20E |
1 |
3. 應用效果
東風設備制造廠配套華中數控HNC-818B數控系統的四軸臥式加工中心主要用于轎車發動機缸體缸蓋的高效批量生產，機床整機對標國外高端機床產品的可靠性和結構緊湊，實現了數控加工的高效性、可靠性和精度穩定性。
轎車發動機柔性線組線及現場加工圖
案例2：華中數控與北京工研精機股份有限公司合作生產的四軸臥式加工中心應用于汽車零部件制造領域
華中數控與北京工研精機股份有限公司緊密合作，針對汽車行業對發動機關鍵零件的數控加工需求，批量生產配置華中數控HNC-848C型高檔數控系統的μ2000/630HF精密四軸臥式加工中心。目前，雙方合作生產的精密四軸臥式加工中心已經形成批量銷售，大多用于加工精度要求較高的動力總成箱體、缸體等各類零件，適合多品種及大批量加工。
1. 機床特點
μ2000/630HF精密四軸臥式加工中心采用正T型布局，龍門框中框結構；Z軸為雙驅動，可增加機床動態剛度，快速抑制振動，提高加工表面質量；Y軸采用主軸箱重量平衡設計，保證機床具有良好的動態特性；基礎件采用優質鑄鐵材料，機床整體具有高剛度、高精度，良好的動態特性。機床廣泛適用于汽車、模具、船舶等領域中小型箱體和缸體零件的高精、高效加工。
機床工作臺630x630mm，XYZ軸行程1000/900/900mm，主軸轉速8000r/min，快移速度30m/min，直線軸定位精度0.006mm，重復定位精度0.0035mm，轉臺定位精度6"，重復定位精度3"。
μ2000/630HF四軸臥式加工中心
2. 數控系統解決方案
（1）數控系統主要功能：北京工研精機股份有限公司μ2000/630HF臥式加工中心主要應用華中HNC-848C數控系統的四軸聯動、圓柱插補、高速高精控制、在線刀具測量和工件測量、空間誤差補償、熱誤差補償和高精度絕對光柵全閉環控制功能、智能產線適配的全開放式網絡接口功能、加工大數據采集和監控功能等高檔控制功能。
HNC-848C數控系統
（2）數控系統裝置、伺服驅動和電機配置清單（見下表）：
| 序號 | 名稱 | 規格型號信息 | 數量 |
| 1 | HNC-848C數控裝置 | 15寸彩色液晶屏，高速高精，網絡功能。 | 1 |
| 2 | X軸驅動裝置 | HSV-180UD-200A | 1 |
| X軸伺服電機 | GK6107-8SF61-J20E | 1 | |
| 3 | Y軸驅動裝置 | HSV-180UD-200A | 1 |
| Y軸伺服電機 | GK6107-8SF61-J20B3 | 1 | |
| 4 | Z軸驅動裝置 | HSV-180UD-050A | 2 |
| Z軸伺服電機 | GK6101-8AC61-J20E | 2 | |
| 6 | B軸驅動裝置 | HSV-180UD-075A | 1 |
| B軸伺服電機 | GK6087-6AF61-J20E | 1 | |
| 7 | S軸驅動裝置 | HSV-180US-450A | 1 |
| S軸伺服電機 | SMS 060.26.6.FOS | 1 |
3. 應用效果
配套華中數控HNC-848C數控系統的μ2000/630HF臥式加工中心已經在某汽車齒輪傳動公司批量應用，主要用于中重型車用變速器殼體類產品高效、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：華中數控與上海機床廠有限公司批量生產復合磨削中心應用于汽車零部件制造
華中數控與上海機床廠有限公司緊密合作，針對精密軸系的數控加工需求，生產配置華中數控HNC-848D高性能數控系統的H377復合磨削中心。目前，該機型已經形成批量銷售，全部用于高精密軸系部件的磨削加工。
1.機床特點
H377復合磨削中心共有4個進給軸（X軸、Z軸、B軸）1個頭架主軸（C/S軸），3個模擬量砂輪主軸并且設備還配備有外圓砂輪、端面砂輪、內圓砂輪、3個磨削工位，程控尾座、工件測頭，具有一次裝夾完成外圓、端面、內孔等表面的磨削加工，能夠適應各種回轉體的高精度磨削工藝，滿足高精密軸系加工的需求。
華中數控與上海機床廠有限公司合作生產H377磨削中心
（1）自動修整砂輪：模塊化參數設置外圓、端面、內圓砂輪修整數值和修整方式。
（2）高磨削精度：定位精度2μm，重復定位精度1.5μm，磨削內孔圓柱度5μm以內（孔直徑80mm）。
（3）高速主軸配置：采用15kW和16kW 的電主軸，最高轉速40000r/min，并配有恒溫冷卻裝置，保持主軸精度穩定。
（4）三工位磨頭：一個外圓磨頭工位，一個端面磨頭工位，一個內圓磨頭工位，能夠有效減少裝夾次數，提高磨削效率。
（5）C/S頭架軸：頭架軸采用國產伺服電機，回轉精度高、動態特性好，可以根據磨削零件的類型切換速度、位置控制模式。
2. 數控系統解決方案
華中數控HNC-848D高性能系統連接示意圖
（1）數控系統主要功能：H377復合磨削中心主要應用華中HNC-848D數控系統，X、Z、B軸定位精度達0.0015mm以內，重復定位精度達到0.002mm以內。內圓砂輪最高轉速可達40000r/min，具備一鍵回退、報警安全回退功能、手輪中斷功能、工件測量功能、空間誤差補償和全閉環控制功能、適配智能產線的全開放式網絡接口功能、加工大數據采集和監控功能等高檔控制功能。
（2）數控系統裝置、伺服驅動和電機配置清單（見下表）：
| 軸號 | 配置 | 功能需求 |
| X軸 | 驅動：HSV-180UD-75C 電機：GK6085-6AC61-JE Z81 光柵：LC485 絕對值 | （1）行程：320mm （2）定位精度0.0015mm；重復定位精度0.001mm。 |
| Z軸 | 驅動：HSV-180UD-75C 電機：GK6085-6AC61-JE Z81 光柵：LC485 絕對值 | （1）行程：1000mm （2）定位精度0.002mm；重復定位精度0.0015mm。 |
| B軸 | 驅動：HSV-180UD-75C 力矩電機：TMB+0210-150-TA-SH2-NN 圓光柵：RNC8580 | （1）行程：215° （2）定位精度3″；重復定位精度2″。 |
| C軸 | 驅動：HSV-180UD-35C 電機：GK6085-6AA61-JE-Y72 Z81 編碼器：131072線 | （1）行程：360° （2）定位精度0.02秒；重復定位精度0.013″。 |
| 外圓砂輪主軸 | 模擬量控制：HIO-1073板卡 變頻電機430-210430-C80L | （1）最大運行速度：1719r/min （2）轉速偏差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430-210430-C80L | （1）最大運行速度：1719r/min （2）轉速偏差0%到-5%的范圍 |
| 內圓砂輪主軸 | 模擬量控制：HIO-1073板卡 變頻電機430-120300-M22 | （1）最大運行速度：40000r/min （2）轉速偏差0%到-5%的范圍 |
華中數控HNC-848D數控系統
內圓磨削數控加工 外圓磨削數控加工
3. 應用效果
配套華中數控HNC-848D高性能數控系統的H377磨削中心目前主要應用于精密軸系零件的加工，能夠磨削高硬度、高強度的難切削材料，如：汽車變速箱傳動軸、汽車發動機缸蓋凸輪軸、汽車發動機曲軸等軸系零件，并且具備砂輪動平衡檢測及防碰撞功能、碰撞回退等功能。
內圓零件數控加工樣件
三、項目經驗
1. 關鍵設備，提高工藝適用性和自主可控
目前，針對汽車零部件制造的國產裝備工藝適應性不足，關鍵制造裝備和生產線等受制于人。華中數控與東風設備制造廠、北京工研精機、上海機床廠、汽車零部件制造企業緊密合作，通過對乘用車關鍵零件數控加工效率和加工工藝的研究，提高了國產裝備（數控機床、數控系統等）的加工功能適應性。對乘用車關鍵零件復合加工生產線所采用的國產裝備（主機、系統等）的功能、性能和可靠性進行全面考核和驗證，提高了國產裝備精度穩定性與可靠性。
2. 增強信心，提供汽車關鍵零部件生產線建設完整解決方案
國產數控系統與機床企業強強聯合，組成關鍵工藝技術攻關團隊，與汽車零部件制造企業共同設計、制造生產線，深入研究乘用車關鍵零件加工工藝技術，從原來的甲乙方關系變成團隊合作關系，實現用國產裝備提供汽車關鍵零部件生產線整體解決方案的能力，提高汽車關鍵零部件加工質量、加工精度、加工效率，增強汽車零部件企業應用國產裝備建線的信心。
3.前景廣闊，推動國產汽車零部件創新能力
應用國家重點支持的國產數控機床和數控系統，對所采用的數控機床、數控系統以及功能部件的功能、性能等進行全面驗證和提升，提高國產裝備整體工藝解決方案的能力。這將有力推動專項成果在汽車關鍵零部件制造企業的示范應用，加快國產數控機床和數控系統滿足汽車關鍵零部件制造企業的需求，為我國汽車關鍵零部件技術創新、關鍵制造裝備國產化做出貢獻。
（供稿：武漢華中數控股份有限公司，東風設備制造廠，北京工研精機股份有限公司，上海機床廠有限公司 責編：李華翔）
