五軸聯動國產數控系統在航空加工中的應用與驗證*＊

劉本剛 趙 寧 陳小娟

(沈陽飛機工業(集團)有限公司，遼寧 沈陽 110034)

高檔數控系統是國家戰略性物資，是高端制造產業鏈的核心，是決定數控設備功能和性能的關鍵功能部件。由于高檔數控系統關系到產業安全與國家安全，即使在全球一體化的今天，西方國家和日本仍對中國實行出口限制和監督使用政策，并且有更加嚴格的趨勢，以限制中國國防技術的發展。當前，國際形勢復雜、地緣環境惡化，國防安全面臨挑戰，從“考斯克報告”、“伊朗離心機事件”到“棱鏡門事件”，似乎都在印證工業控制系統存在巨大的安全隱患。長期以來，由于國產加工設備、尤其是國產高檔數控系統技術的落后，使國內航空企業處境尷尬。多年來，對國外技術的嚴重依賴不僅使我們總處于被動地位，而且時刻擔心國防安全隱患，尤其是數控系統，直接關系到航空企業的生產機密和安全性。

因此，大力發展數控系統，保護我國航空業的國防安全和經濟安全引起了相關部門的高度重視。在“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項中，特別將掌握高檔數控系統等關鍵部件核心技術作為專項“十二五”的重點任務，并將全數字高檔數控系統、飛機結構件加工生產線作為標志性成果。在《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》確定的“高端裝備制造產業”中，排在首位的就是“重點發展以干支線飛機和通用飛機為主的航空裝備，做大做強航空產業”。同時，“大飛機”相關重大專項和重大工程的開展對國產數控系統，特別是能滿足航空等領域的國產高性能數控系統提出了前所未有的迫切需求。目前，“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技專項中，國產高性能數控系統已取得諸多重大階段性成果，因此，迫切需要在航空領域開展國產系統的應用驗證，進而實現國產高性能數控系統在航空復雜結構件生產應用中的突破，提升國產數控系統性能并增強應用示范效應。

1 國產高檔數控系統在航空領域生產中的應用與驗證

作為數控機床的“大腦”，數控系統歷來是制約我國機床行業向高端發展的技術瓶頸。由于自身技術落后，國內的機床制造廠家不敢采用國產數控系統，作為終端用戶的航空企業就更不敢輕易地“越雷池一步”。為支持科技重大專項“需求導向”的實施原則及“首臺首套應用示范工程”的構思，盡快實現國產高檔數控系統在航空領域的應用，沈飛積極、大膽地將數控加工廠生產線上正在運行的進口數控機床作為國產高檔數控系統的應用示范對象，即直接在重點車間工件加工生產線上對國產高檔數控系統功能和性能進行應用驗證，這在國內航空企業尚無先例。

2013年2月，在沈飛率先使用華中8 型數控系統(圖1 所示)和電氣系統完成了第1 套進口三坐標立式加工中心的國產化數控系統替代。系統替代前，該加工中心已連續在生產線上運行14年，電氣系統基本老化，精度完全喪失。采用了國產數控系統后，該加工中心實現了全閉環控制，定位精度達到5 μm，經NAS 件試切合格后已投入正式生產。截至目前，已在生產線上正常運行18 個月以上。該套數控系統的成功應用替代了進口數控系統，填補了國產數控系統在航空關鍵零部件制造中應用的空白。如圖2 所示是進口的三坐標立式加工中心。

基于前階段對12 臺不同型號三坐標立式加工中心實施國產化數控系統替代的經驗，2013年12月起，沈飛聯合華中數控對上世紀90年代進口法國FORESTLINE 公司的大型雙龍門五坐標銑床(原數控系統SIEMENS-840C)進行數控系統國產化替代，該機床曾是航空結構件加工的核心設備，如圖3 所示。2009年因系統故障和缺乏進口備件而無法使用。期間，曾由一家國內數控廠試圖對該機床進行改造，結果以失敗告終。

此次采用華中8 型848C 系統，該系統采用了雙軸同步控制技術、多種RTCP 機床結構技術、構建了五軸機床結構運動學坐標變換的模型庫，參數化設置描述五軸機床的運動學結構，對各類結構五軸機床的在機后置處理技術、高速和高精技術、高響應和高精度伺服動態控制技術、智能化的伺服調整與自動優化技術。經過長達4 個月的現場安裝調試，機床的性能、加工精度及穩定性恢復到了原機床出廠水平，經過標準S 件試切檢驗，精度達到0.08 mm，其五軸聯動加工的靜態和動態精度滿足了對復雜航空結構件的加工精度要求，數控系統的主要指標已達到國外高檔數控系統的指標要求。這是國產五軸聯動高檔數控系統在航空制造業中應用成功的首例，替代了進口數控系統。S 試件試切試驗視頻截圖及加工的S 試件如圖4、5 所示。

目前，該大型雙龍門銑床已投入正式生產，如圖7所示。投入生產后，其主要承擔了某梁、框、肋等關鍵大型、復雜、精密航空結構件的加工，部分零件結構示意圖如7 所示。目前，已完成多批，共幾十個零件的加工，機床各項功能正常，系統工作狀態穩定。

2 結語

國產高檔數控系統成功替代進口系統，為國內航空企業探索了一條替代進口數控系統以及系統深度應用開發的新途徑。總之，國產數控系統與進口數控系統相比較，具有顯著優點:國產數控系統是全中文操控界面，易于學習、掌握操作技巧;其次，國產數控系統操作符合國人邏輯，這為現場安裝調試和維護提供了極大便利;更重要的是，國產數控系統能夠開放足夠多的數據交換接口，使系統功能擴展非常靈活、方便，還可避免植入后門程序等，保證系統軟件純凈，極大提高了加工數據的安全性。另外，國產數控系統技術服務與支持非常便捷。同時，在經濟效益方面優勢突出，國產數控系統的性價比非常高。

目前，正與數控系統生產廠對另兩臺進口五坐標加工中心進行數控系統國產化替代，基于上述首套國產五軸數控系統現場實施和應用驗證經驗，雙方將繼續深入開展研究、開發和應用驗證，進一步增強自主創新能力，提高自主化水平，推動產業升級，對全面完成國產高檔數控系統在航空領域的示范應用具有重要意義。

［1］武漢華中數控.華中8 型數控系統參數說明書［Z］.2013.

［2］武漢華中數控.HSV-180UD 系列交流伺服驅動單元使用說明書［Z］.2013.

［3］武漢華中數控.華中8 型數控系統用戶使用說明書［Z］.2013.

［4］武漢華中數控.華中8 型數控系統PLC 編程說明書［Z］.2013.

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