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国产数控机床和数控系统在汽车零部件制造领域

应用示范

 

一、项目背景

中国汽车产业发展迅速,连续多年产销量居世界第一。汽车工业是数控机床最重要的市场,在国内汽车零部件制造行业,发动机、全电动变速箱、高压油泵驱动单元、轮毂单元、转向节、车桥、轴承、汽车底盘类等关键零部件制造需要大量的数控机床。按我国机床消费的40%以上用于汽车工业,每年至少将有10万台以上数控机床需求。

在汽车及零部件行业中,用于发动机缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴等加工的数控机床必须满足高精、高效、高可靠性的要求,以适应柔性生产线自动化加工特点。目前在这些领域所需数控机床产品中,国产品牌与国外品牌相比还存在一定差距,实现全部使用国产数控设备还有相当长的路要走。

汽车发动机结构图                  新能源汽车结构图

目前,我国面临着自主品牌汽车、新能源汽车发展与制造装备国产化互动发展的重要机遇,需要进一步提高国产数控机床在汽车零部件制造领域的市场占有率。近年来,国家采取有力措施,鼓励国产数控机床和国产数控系统在汽车零部件制造领域的应用示范,使国产数控机床和国产数控系统大批量应用成为发展趋势。武汉华中数控股份有限公司与东风设备制造厂、北京工研精机股份有限公司、上海机床厂有限公司及汽车零部件制造用户企业紧密合作,在此方面已经取得了很好的突破。

二、示范应用案例

案例1:华中数控与东风设备制造厂合作生产轿车发动机制造高精密数控机床

武汉华中数控股份有限公司(以下简称华中数控)与东风设备制造厂强强携手,针对轿车发动机关键零件数控加工需求,批量生产配置华中数控HNC-818B型高性能数控系统的高精度四轴卧式加工中心,并且组成柔性生产线,成功应用于国内某重点汽车制造企业。

该轿车发动机柔性线具有高速多面铣、镗、钻、攻丝等零件加工能力,特别适合铸铁类的轿车缸体、缸盖等生产线的加工需求。目前,华中数控与东风设备制造厂联合生产的高精度四轴卧式加工中心已实现批量配套生产,使用状态良好,得到用户好评。

1. 机床特点

1)高动态性能:直线轴最大加速度1g,进给速度20 m/min,快移60m/min

2)高加工精度:定位精度可达5μm,重复定位精度可达3μm,铣削孔圆柱度10μm以内(孔直径100mm)。

3)高主轴配置:采用电主轴,功率为25kW,最高转速8000r/min

4)带液压锁紧转台:ø120左右盘铣时,可提高加工效率的同时保证重切精度。

5)顶置刀库:节省机床占地面积的同时,可提高C-C换刀时间,减小每个工件的加工时间。

6)双操作面板:加工位可对机床参数、程序、加工进行操作,在前置面板上可对机床工件进行操作,系统可自动加载当前工件程序。

7)断刀检测:顶置刀库前端带有刀检伺服检测装置,在换刀前或加工后对刀具破损情况进行判断,保证产品加工合格率。


华中数控与东风设备制造厂联合生产的四轴卧式加工中心

2. 数控系统解决方案


方案连接图

1)数控系统主要功能:东风设备制造厂生产的四轴卧式加工中心主要应用华中数控HNC-818B数控系统的高速高精加工,具有三轴及四轴联动功能,在线刀具测量和工件测量、空间误差补偿和全闭环控制功能、适配智能产线的全开放式网络接口功能(可扩展Ethercat总线式通讯协议)、加工大数据采集和监控功能等高档控制功能。

2)数控系统主要配置(见下表):

序号

名称

规格型号信息

数量

1

HNC-818B数控装置

10.4LED彩色液晶显示屏编程面板与机床操作面板

1

2

X/Y/Z轴驱动装置

HSV-180UD-150C

3

X/Z轴伺服电机

GK6105-8AF61-J20E

2

Y轴伺服电机

GK6105-8AF61-J20B

1

3

B轴驱动装置

HSV-180UD-075C

1

B轴伺服电机

GK6080-6AF61-J20E

1

4

主轴轴驱动装置

HSV-180US-300

1

电主轴

PS TCV-91-I-SP

1

5

刀库/换刀机械手/刀检驱动装置

HSV-160UD-075

3

刀库伺服电机

GK6063-6AC31-J20B

1

换刀机械手伺服电机

GK6063-6AC31-J20E

1

刀检伺服电机

GK6025-6AC31-J20E

1

3. 应用效果

东风设备制造厂配套华中数控HNC-818B数控系统的四轴卧式加工中心主要用于轿车发动机缸体缸盖的高效批量生产,机床整机对标国外高端机床产品的可靠性和结构紧凑,实现了数控加工的高效性、可靠性和精度稳定性。


轿车发动机柔性线组线及现场加工图

 

案例2:华中数控与北京工研精机股份有限公司合作生产的四轴卧式加工中心应用于汽车零部件制造领域

华中数控与北京工研精机股份有限公司紧密合作,针对汽车行业对发动机关键零件的数控加工需求,批量生产配置华中数控HNC-848C型高档数控系统的µ2000/630HF精密四轴卧式加工中心。目前,双方合作生产的精密四轴卧式加工中心已经形成批量销售,大多用于加工精度要求较高的动力总成箱体、缸体等各类零件,适合多品种及大批量加工。

1. 机床特点

µ2000/630HF精密四轴卧式加工中心采用正T型布局,龙门框中框结构;Z轴为双驱动,可增加机床动态刚度,快速抑制振动,提高加工表面质量;Y轴采用主轴箱重量平衡设计,保证机床具有良好的动态特性;基础件采用优质铸铁材料,机床整体具有高刚度、高精度,良好的动态特性。机床广泛适用于汽车、模具、船舶等领域中小型箱体和缸体零件的高精、高效加工。

机床工作台630x630mmXYZ轴行程1000/900/900mm,主轴转速8000r/min,快移速度30m/min,直线轴定位精度0.006mm,重复定位精度0.0035mm,转台定位精度6",重复定位精度3"


µ2000/630HF四轴卧式加工中心

2. 数控系统解决方案

1)数控系统主要功能:北京工研精机股份有限公司µ2000/630HF卧式加工中心主要应用华中HNC-848C数控系统的四轴联动、圆柱插补、高速高精控制、在线刀具测量和工件测量、空间误差补偿、热误差补偿和高精度绝对光栅全闭环控制功能、智能产线适配的全开放式网络接口功能、加工大数据采集和监控功能等高档控制功能。

HNC-848C数控系统

2)数控系统装置、伺服驱动和电机配置清单(见下表):

序号

名称

规格型号信息

数量

1

HNC-848C数控装置

15寸彩色液晶屏,高速高精,网络功能。

1

2

X轴驱动装置

HSV-180UD-200A

1

X轴伺服电机

GK6107-8SF61-J20E

1

3

Y轴驱动装置

HSV-180UD-200A

1

Y轴伺服电机

GK6107-8SF61-J20B3

1

4

Z轴驱动装置

HSV-180UD-050A

2

Z轴伺服电机

GK6101-8AC61-J20E

2

6

B轴驱动装置

HSV-180UD-075A

1

B轴伺服电机

GK6087-6AF61-J20E

1

7

S轴驱动装置

HSV-180US-450A

1

S轴伺服电机

SMS 060.26.6.FOS

1

3. 应用效果

配套华中数控HNC-848C数控系统的µ2000/630HF卧式加工中心已经在某汽车齿轮传动公司批量应用,主要用于中重型车用变速器壳体类产品高效、高精加工,满足用户加工需求。


用于变速器壳体类零件加工

 

案例3:华中数控与上海机床厂有限公司批量生产复合磨削中心应用于汽车零部件制造

华中数控与上海机床厂有限公司紧密合作,针对精密轴系的数控加工需求,生产配置华中数控HNC-848D高性能数控系统的H377复合磨削中心。目前,该机型已经形成批量销售,全部用于高精密轴系部件的磨削加工。

1.机床特点

H377复合磨削中心共有4个进给轴(X轴、Z轴、B轴)1个头架主轴(C/S轴),3个模拟量砂轮主轴并且设备还配备有外圆砂轮、端面砂轮、内圆砂轮、3个磨削工位,程控尾座、工件测头,具有一次装夹完成外圆、端面、内孔等表面的磨削加工,能够适应各种回转体的高精度磨削工艺,满足高精密轴系加工的需求。


华中数控与上海机床厂有限公司合作生产H377磨削中心

1)自动修整砂轮:模块化参数设置外圆、端面、内圆砂轮修整数值和修整方式。

2)高磨削精度:定位精度2μm,重复定位精度1.5μm,磨削内孔圆柱度5μm以内(孔直径80mm)。

3)高速主轴配置:采用15kW16kW 的电主轴,最高转速40000r/min,并配有恒温冷却装置,保持主轴精度稳定。

4)三工位磨头:一个外圆磨头工位,一个端面磨头工位,一个内圆磨头工位,能够有效减少装夹次数,提高磨削效率。

5C/S头架轴:头架轴采用国产伺服电机,回转精度高、动态特性好,可以根据磨削零件的类型切换速度、位置控制模式。

2. 数控系统解决方案


华中数控HNC-848D高性能系统连接示意图

1)数控系统主要功能:H377复合磨削中心主要应用华中HNC-848D数控系统,XZB轴定位精度达0.0015mm以内,重复定位精度达到0.002mm以内。内圆砂轮最高转速可达40000r/min,具备一键回退、报警安全回退功能、手轮中断功能、工件测量功能、空间误差补偿和全闭环控制功能、适配智能产线的全开放式网络接口功能、加工大数据采集和监控功能等高档控制功能。

2)数控系统装置、伺服驱动和电机配置清单(见下表):

轴号

配置

功能需求

X

驱动:HSV-180UD-75C

电机:GK6085-6AC61-JE Z81

光栅:LC485 绝对值

1)行程:320mm

2)定位精度0.0015mm;重复定位精度0.001mm

Z

驱动:HSV-180UD-75C

电机:GK6085-6AC61-JE Z81

光栅:LC485 绝对值

1)行程:1000mm

2)定位精度0.002mm;重复定位精度0.0015mm

B

驱动:HSV-180UD-75C

力矩电机:TMB+0210-150-TA-SH2-NN

圆光栅:RNC8580

1)行程:215°

2)定位精度3″;重复定位精度2″。

C

驱动:HSV-180UD-35C

电机:GK6085-6AA61-JE-Y72 Z81

编码器:131072线

1)行程:360°

2)定位精度0.02秒;重复定位精度0.013″。

外圆砂轮主轴

模拟量控制:HIO-1073板卡

变频电机430-210430-C80L

1)最大运行速度:1719r/min

2)转速偏差0%-5%的范围

端面砂轮主轴

模拟量控制:HIO-1073板卡

变频电机430-210430-C80L

1)最大运行速度:1719r/min

2)转速偏差0%-5%的范围

内圆砂轮主轴

模拟量控制:HIO-1073板卡

变频电机430-120300-M22

1)最大运行速度:40000r/min

2)转速偏差0%-5%的范围

 


华中数控HNC-848D数控系统


内圆磨削数控加工    外圆磨削数控加工

3. 应用效果

配套华中数控HNC-848D高性能数控系统的H377磨削中心目前主要应用于精密轴系零件的加工,能够磨削高硬度、高强度的难切削材料,如:汽车变速箱传动轴、汽车发动机缸盖凸轮轴、汽车发动机曲轴等轴系零件,并且具备砂轮动平衡检测及防碰撞功能、碰撞回退等功能。

内圆零件数控加工样件

 

三、项目经验

1. 关键设备,提高工艺适用性和自主可控

目前,针对汽车零部件制造的国产装备工艺适应性不足,关键制造装备和生产线等受制于人。华中数控与东风设备制造厂、北京工研精机、上海机床厂、汽车零部件制造企业紧密合作,通过对乘用车关键零件数控加工效率和加工工艺的研究,提高了国产装备(数控机床、数控系统等)的加工功能适应性。对乘用车关键零件复合加工生产线所采用的国产装备(主机、系统等)的功能、性能和可靠性进行全面考核和验证,提高了国产装备精度稳定性与可靠性。

2. 增强信心,提供汽车关键零部件生产线建设完整解决方案

国产数控系统与机床企业强强联合,组成关键工艺技术攻关团队,与汽车零部件制造企业共同设计、制造生产线,深入研究乘用车关键零件加工工艺技术,从原来的甲乙方关系变成团队合作关系,实现用国产装备提供汽车关键零部件生产线整体解决方案的能力,提高汽车关键零部件加工质量、加工精度、加工效率,增强汽车零部件企业应用国产装备建线的信心。

3.前景广阔,推动国产汽车零部件创新能力

应用国家重点支持的国产数控机床和数控系统,对所采用的数控机床、数控系统以及功能部件的功能、性能等进行全面验证和提升,提高国产装备整体工艺解决方案的能力。这将有力推动专项成果在汽车关键零部件制造企业的示范应用,加快国产数控机床和数控系统满足汽车关键零部件制造企业的需求,为我国汽车关键零部件技术创新、关键制造装备国产化做出贡献。

供稿:武汉华中数控股份有限公司,东风设备制造厂,北京工研精机股份有限公司,上海机床厂有限公司 责编:李华翔


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