數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)最重要的“工業(yè)母機(jī)”，其技術(shù)水平代表著一個(gè)國(guó)家的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心組成部分，被譽(yù)為“機(jī)床的大腦”，但是長(zhǎng)期被國(guó)外企業(yè)所壟斷，特別是航空、航天等重點(diǎn)領(lǐng)域所需的五軸加工、復(fù)合加工、重型、龍門(mén)等高檔數(shù)控系統(tǒng)大多采用進(jìn)口品牌。
一、研發(fā)背景及市場(chǎng)分析
中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史進(jìn)程證明，高檔數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵核心技術(shù)是不能依靠引進(jìn)的，必須立足于自主創(chuàng)新，必須研發(fā)出屬于中國(guó)自己的核心科技。高檔數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化的基石，發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床，既是工業(yè)和信息化領(lǐng)域深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、加快推進(jìn)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)的客觀需要，也是實(shí)施軍民融合深度發(fā)展戰(zhàn)略、確保國(guó)家安全的緊迫要求。
我國(guó)是世界機(jī)床制造第一大國(guó)，但同時(shí)也是世界第一大機(jī)床進(jìn)口國(guó)，低端產(chǎn)品過(guò)剩、高端產(chǎn)品進(jìn)口，我國(guó)雖然有龐大的生產(chǎn)能力，但卻缺乏技術(shù)先進(jìn)的成套生產(chǎn)設(shè)備，機(jī)床工業(yè)大而不強(qiáng)制約著我國(guó)工業(yè)整體水平的提升。高端數(shù)控機(jī)床的核心零部件及高檔數(shù)控系統(tǒng)依賴進(jìn)口的局面沒(méi)有得到根本改變。從整個(gè)工業(yè)發(fā)展看，工程機(jī)械、紡織機(jī)械、軌道交通等各行業(yè)的結(jié)構(gòu)升級(jí)正在倒逼機(jī)床工具產(chǎn)品越來(lái)越智能化，導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)、功能部件的“短板”愈加突出。
廣州數(shù)控設(shè)備有限公司(簡(jiǎn)稱廣州數(shù)控)成立于1991年，擁有國(guó)家認(rèn)定的企業(yè)技術(shù)中心、博士后工作站，是中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)2020-2021年度當(dāng)值理事長(zhǎng)單位，全國(guó)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)主任委員單位，曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、制造業(yè)單項(xiàng)冠軍(機(jī)床數(shù)控系統(tǒng))示范企業(yè)稱號(hào)，累計(jì)生產(chǎn)銷(xiāo)售機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)配套數(shù)控機(jī)床超100萬(wàn)臺(tái)，每年產(chǎn)銷(xiāo)數(shù)控系統(tǒng)近10萬(wàn)套。
廣州數(shù)控?fù)碛薪?00名研發(fā)人員，1000名工程技術(shù)人員。與上海交大、哈工大、西交大、華南理工、廣東工大等組建了聯(lián)合研發(fā)中心。10余年來(lái)累計(jì)投入用戶培訓(xùn)服務(wù)、生產(chǎn)技術(shù)改革、技術(shù)開(kāi)發(fā)費(fèi)達(dá)20多億元。企業(yè)現(xiàn)有12萬(wàn)平方米生產(chǎn)試驗(yàn)基地，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備近千臺(tái)。
經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)攻關(guān)，在承擔(dān)國(guó)家專項(xiàng)的基礎(chǔ)上，在數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域取得了相關(guān)成效，主要體現(xiàn)在數(shù)控控制裝置、直驅(qū)技術(shù)的直線電機(jī)、力矩電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)單元等，并配套在多種機(jī)床上測(cè)試。
二、技術(shù)成果
在承擔(dān)及參與國(guó)家科技重大專項(xiàng)多項(xiàng)任務(wù)的基礎(chǔ)上，廣州數(shù)控以振興民族企業(yè)、趕超國(guó)際先進(jìn)為宗旨，大膽創(chuàng)新，經(jīng)過(guò)30年的技術(shù)積累和攻關(guān)，形成了以GSK25i、218、988系列產(chǎn)品為代表的中高檔數(shù)控系統(tǒng)，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，取得了包括五軸聯(lián)動(dòng)、復(fù)合加工、齒輪加工、非圓加工、GSK-LINK總線、高速高精加工、高性能伺服系統(tǒng)等多方面技術(shù)突破。
同時(shí)，廣州數(shù)控自主研發(fā)的伺服驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)也完成了系列化開(kāi)發(fā)，形成了近百個(gè)規(guī)格的產(chǎn)品，“三位一體”成套配套能力顯著增強(qiáng)，是國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)布局最全的企業(yè)之一。
廣州數(shù)控目前已形成年產(chǎn)20萬(wàn)套數(shù)控系統(tǒng)、40萬(wàn)臺(tái)伺服電機(jī)的產(chǎn)能，不僅使國(guó)內(nèi)外客戶越來(lái)越多地選用“GSK”系列數(shù)控系統(tǒng)，而且使他們對(duì)中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)增強(qiáng)了信心，極大擴(kuò)展了國(guó)內(nèi)數(shù)控企業(yè)的生產(chǎn)空間，帶動(dòng)了數(shù)控行業(yè)上下游企業(yè)的發(fā)展，有效推動(dòng)著我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率和行業(yè)發(fā)展水平的提升。
同時(shí)，廣州數(shù)控通過(guò)主持或參與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂，提升了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水平，規(guī)范完善了我國(guó)裝備制造業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系和數(shù)控產(chǎn)品及其功能配件的標(biāo)準(zhǔn)體系，促進(jìn)了上下游緊密銜接的產(chǎn)品供應(yīng)鏈，增強(qiáng)了數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)上下游產(chǎn)品的兼容配套能力，推動(dòng)和促進(jìn)了行業(yè)發(fā)展。
三、技術(shù)亮點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
1. GSK 25i數(shù)控系統(tǒng)
五軸聯(lián)動(dòng)高檔數(shù)控系統(tǒng)，GSK 25i數(shù)控系統(tǒng)是采用當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域前沿科技的高性能高可靠性CNC系統(tǒng)，產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)歐盟CE和德國(guó)TUV認(rèn)證，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，操作方便。
系統(tǒng)采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的GSK Link工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，用于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)各組成部分互連通信，具有五軸聯(lián)動(dòng)RTCP(Rotated Tool CenterPoint，刀尖點(diǎn)跟隨功能)、高速高精加工、全閉環(huán)控制等功能，已在航空、航天、能源、汽車(chē)等行業(yè)廣泛應(yīng)用，特別是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)葉片加工上，是目前國(guó)內(nèi)五軸功能技術(shù)較先進(jìn)、功能較強(qiáng)大、應(yīng)用較廣泛、綜合性價(jià)比較高的中高端數(shù)控產(chǎn)品。
功能主要有：8軸5聯(lián)動(dòng)，支持PC+NC開(kāi)放型架構(gòu);五軸RTCP(刀具中心點(diǎn)控制);傾斜面(3+2定位)加工;切削進(jìn)給速度自適應(yīng)控制;支持智能工廠網(wǎng)絡(luò);適用于多功能加工中心、鏜、銑、鉆、車(chē)、磨、復(fù)合機(jī)床。
2. GSK 988TD系列數(shù)控系統(tǒng)
GSK988TD全系列產(chǎn)品基于雙核硬件架構(gòu)，支持自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GSK-Link工業(yè)以太網(wǎng)總線與伺服驅(qū)動(dòng)單元、遠(yuǎn)程IO單元相連，也支持EtherCAT(Control Automation Technology以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù))總線，連接標(biāo)準(zhǔn)CoE接口伺服和IO單元。
技術(shù)特點(diǎn)：支持單/雙通道(合計(jì)12軸/6主軸);可實(shí)現(xiàn)高速高精小線段程序加工;可選主軸同步控制、傾斜軸控制;具有進(jìn)給軸同步控制、多邊形加工、多套G代碼格式、自動(dòng)斷屑、高速螺紋加工和極速螺紋退尾、加加速度控制等功能;支持網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控/Modbus協(xié)議;可進(jìn)行車(chē)銑復(fù)合加工。
四、應(yīng)用領(lǐng)域
GSK高檔數(shù)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于高端加工領(lǐng)域，致力于銑車(chē)復(fù)合、多軸聯(lián)動(dòng)的復(fù)雜加工研究，滿足當(dāng)前模具、汽車(chē)等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)?guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的加工需求。
1. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)葉片加工
(1)配套XKH800Z、XKH400A五軸葉片加工中心
用于加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)葉片，已向成發(fā)、西航、黎明、無(wú)錫透平等多家企業(yè)交付產(chǎn)品，8軸5聯(lián)動(dòng)、機(jī)床最高速度24m/min、主軸最高轉(zhuǎn)速10000r/min。葉片葉身部位對(duì)表面光潔度、輪廓精度、加工效率(翻邊時(shí)的速度)要求較高，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的RTCP功能實(shí)現(xiàn)了多軸聯(lián)動(dòng)加工，完成復(fù)雜的空間曲面加工;在加工過(guò)程中，對(duì)刀具路徑進(jìn)行有效的過(guò)濾、平滑，保證加工效率和加工質(zhì)量。實(shí)測(cè)算法優(yōu)化后葉身精加工時(shí)間7分22秒，比原加工提高效率約27%。
(2)FSW4080六軸龍門(mén)攪拌摩擦焊
6軸5聯(lián)動(dòng)龍門(mén)攪拌摩擦焊接機(jī)，AC擺角主軸頭，工作臺(tái)面積4000mm×8000mm，程序運(yùn)行中要疊加空間刀軸方向手動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)加工深度，主要用于航天領(lǐng)域運(yùn)載火箭、空間站的零件焊接。利用系統(tǒng)的RTCP功能控制加工軌跡，實(shí)現(xiàn)空間曲面加工?？蓪?shí)現(xiàn)三維空間曲線焊接，接頭疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)優(yōu)于熔焊;具有焊接質(zhì)量高、高效、無(wú)變形、接頭強(qiáng)度系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。
2. 配套珩磨機(jī)床實(shí)現(xiàn)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用
數(shù)控珩磨是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體/缸套等精密偶件加工中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，珩磨的質(zhì)量直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能、燃耗、排放、可靠性及使用壽命等。
自2011年開(kāi)始，廣州數(shù)控聯(lián)合大河機(jī)床廠進(jìn)行珩磨技術(shù)的攻關(guān)，推出了國(guó)內(nèi)第一款珩磨數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，解決了該領(lǐng)域長(zhǎng)期受制于人的局面。目前珩磨數(shù)控系統(tǒng)已在神龍汽車(chē)、中原內(nèi)配等眾多發(fā)動(dòng)機(jī)廠家配套應(yīng)用。
3. 進(jìn)口高端機(jī)床國(guó)產(chǎn)數(shù)控改造
通過(guò)進(jìn)口高端數(shù)控機(jī)床的改造，證明了國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的配套能力，擴(kuò)大了國(guó)產(chǎn)高端數(shù)控系統(tǒng)的影響力。近兩年來(lái)共向客戶交付20余臺(tái)應(yīng)用國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)再制造的進(jìn)口高端數(shù)控機(jī)床，包括德、美、日、瑞士等國(guó)制造的五軸加工中心，五面龍門(mén)機(jī)床，臥式、立式加工中心，車(chē)銑復(fù)合機(jī)床和車(chē)削中心等。
五、結(jié)束語(yǔ)
廣州數(shù)控以發(fā)展中國(guó)民族制造品牌為使命，扛起振興智能裝備制造業(yè)的大旗，始終走在自主創(chuàng)新的道路上。廣州數(shù)控作為行業(yè)的龍頭企業(yè)，積極承擔(dān)國(guó)家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，并深入開(kāi)展科技成果的推廣應(yīng)用，取得了豐碩成果。
依托多年來(lái)在高端數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床研究方面的技術(shù)沉淀，廣州數(shù)控將與機(jī)床企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)深入融合設(shè)計(jì)研發(fā)，研制出新一代高端數(shù)控系統(tǒng)、直驅(qū)伺服、直線電機(jī)、直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)，解決高端數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床高精高速、精度保持性和可靠性的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。
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