民族数控——力争为高端数控机床领域补短板

 

 

【编者按】根据国家有关部门要求，中国机床工具工业协会组织重点企业开展产业链供应链研究，梳理行业发展脉络，推动行业企业融入以内循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。为此，协会传媒部就国产数控系统开发进展和应用推广情况进行了采访梳理，并予以系列报道，供行业企业和广大用户参考。

 

 

数控机床是装备制造业最重要的“工业母机”，其技术水平代表着一个国家的综合竞争力。数控系统是数控机床的核心组成部分，被誉为“机床的大脑”，但是长期被国外企业所垄断，特别是航空、航天等重点领域所需的五轴加工、复合加工、重型、龙门等高档数控系统大多采用进口品牌。

 

一、研发背景及市场分析

 

中国数控机床产业发展的历史进程证明，高档数控机床的关键核心技术是不能依靠引进的，必须立足于自主创新，必须研发出属于中国自己的核心科技。高档数控机床是实现工业现代化的基石，发展高档数控机床，既是工业和信息化领域深化供给侧结构性改革、加快推进制造强国建设的客观需要，也是实施军民融合深度发展战略、确保国家安全的紧迫要求。

 

我国是世界机床制造第一大国，但同时也是世界第一大机床进口国，低端产品过剩、高端产品进口，我国虽然有庞大的生产能力，但却缺乏技术先进的成套生产设备，机床工业大而不强制约着我国工业整体水平的提升。高端数控机床的核心零部件及高档数控系统依赖进口的局面没有得到根本改变。从整个工业发展看，工程机械、纺织机械、轨道交通等各行业的结构升级正在倒逼机床工具产品越来越智能化，导致数控系统、功能部件的“短板”愈加突出。

 

广州数控设备有限公司（简称广州数控）成立于1991年，拥有国家认定的企业技术中心、博士后工作站，是中国机床工具工业协会2020-2021年度当值理事长单位，全国机床数控系统标准化技术委员会主任委员单位，曾获国家科技进步二等奖、制造业单项冠军（机床数控系统）示范企业称号，累计生产销售机床数控系统配套数控机床超100万台，每年产销数控系统近10万套。

 

广州数控拥有近500名研发人员，1000名工程技术人员。与上海交大、哈工大、西交大、华南理工、广东工大等组建了联合研发中心。10余年来累计投入用户培训服务、生产技术改革、技术开发费达20多亿元。企业现有12万平方米生产试验基地，实验仪器设备近千台。

 

经过多年的技术攻关，在承担国家专项的基础上，在数控系统领域取得了相关成效，主要体现在数控控制装置、直驱技术的直线电机、力矩电机、伺服驱动单元等，并配套在多种机床上测试。

 

二、技术成果

 

在承担及参与国家科技重大专项多项任务的基础上，广州数控以振兴民族企业、赶超国际先进为宗旨，大胆创新，经过30年的技术积累和攻关，形成了以GSK25i、218、988系列产品为代表的中高档数控系统，打破国外技术垄断，取得了包括五轴联动、复合加工、齿轮加工、非圆加工、GSK-LINK总线、高速高精加工、高性能伺服系统等多方面技术突破。

 

同时，广州数控自主研发的伺服驱动、伺服电机也完成了系列化开发，形成了近百个规格的产品，“三位一体”成套配套能力显著增强，是国内数控系统产品产业链内布局最全的企业之一。

 

 

 

广州数控目前已形成年产20万套数控系统、40万台伺服电机的产能，不仅使国内外客户越来越多地选用“GSK”系列数控系统，而且使他们对中国数控系统增强了信心，极大扩展了国内数控企业的生产空间，带动了数控行业上下游企业的发展，有效推动着我国机床的数控化率和行业发展水平的提升。

 

同时，广州数控通过主持或参与国家标准、行业标准制订，提升了企业标准水平，规范完善了我国装备制造业标准体系和数控产品及其功能配件的标准体系，促进了上下游紧密衔接的产品供应链，增强了数控系统行业上下游产品的兼容配套能力，推动和促进了行业发展。

 

三、技术亮点和创新点

 

1. GSK 25i数控系统

 

五轴联动高档数控系统，GSK 25i数控系统是采用当今数控系统领域前沿科技的高性能高可靠性CNC系统，产品已经通过欧盟CE和德国TUV认证，系统功能强大，操作方便。

 

 

系统采用基于工业以太网的GSK Link工业现场总线，用于机床数控系统各组成部分互连通信，具有五轴联动RTCP（Rotated Tool CenterPoint，刀尖点跟随功能）、高速高精加工、全闭环控制等功能，已在航空、航天、能源、汽车等行业广泛应用，特别是在航空发动机、汽轮机叶片加工上，是目前国内五轴功能技术较先进、功能较强大、应用较广泛、综合性价比较高的中高端数控产品。

 

功能主要有：8轴5联动，支持PC+NC开放型架构；五轴RTCP(刀具中心点控制)；倾斜面（3+2定位）加工；切削进给速度自适应控制；支持智能工厂网络；适用于多功能加工中心、镗、铣、钻、车、磨、复合机床。

 

2. GSK 988TD系列数控系统

 

GSK988TD全系列产品基于双核硬件架构，支持自主知识产权的GSK-Link工业以太网总线与伺服驱动单元、远程IO单元相连，也支持EtherCAT（Control Automation Technology以太网控制自动化技术）总线，连接标准CoE接口伺服和IO单元。

 

 

技术特点：支持单/双通道（合计12轴/6主轴）；可实现高速高精小线段程序加工；可选主轴同步控制、倾斜轴控制；具有进给轴同步控制、多边形加工、多套G代码格式、自动断屑、高速螺纹加工和极速螺纹退尾、加加速度控制等功能；支持网络远程监控/Modbus协议；可进行车铣复合加工。

 

四、应用领域

 

GSK高档数控系统主要应用于高端加工领域，致力于铣车复合、多轴联动的复杂加工研究，满足当前模具、汽车等重点领域对国产数控系统的加工需求。

 

 

1. 航空发动机、汽轮机叶片加工

 

（1）配套XKH800Z、XKH400A五轴叶片加工中心

 

 

用于加工航空发动机、汽轮机叶片，已向成发、西航、黎明、无锡透平等多家企业交付产品，8轴5联动、机床最高速度24m/min、主轴最高转速10000r/min。叶片叶身部位对表面光洁度、轮廓精度、加工效率（翻边时的速度）要求较高，通过数控系统的RTCP功能实现了多轴联动加工，完成复杂的空间曲面加工；在加工过程中，对刀具路径进行有效的过滤、平滑，保证加工效率和加工质量。实测算法优化后叶身精加工时间7分22秒，比原加工提高效率约27%。

 

（2）FSW4080六轴龙门搅拌摩擦焊

 

6轴5联动龙门搅拌摩擦焊接机，AC摆角主轴头，工作台面积4000mm×8000mm，程序运行中要叠加空间刀轴方向手动进给调节加工深度，主要用于航天领域运载火箭、空间站的零件焊接。利用系统的RTCP功能控制加工轨迹，实现空间曲面加工。可实现三维空间曲线焊接，接头疲劳强度远优于熔焊；具有焊接质量高、高效、无变形、接头强度系数高等优点。

 

 

2. 配套珩磨机床实现在汽车发动机领域的应用

 

数控珩磨是汽车发动机缸体/缸套等精密偶件加工中必不可少的关键技术，珩磨的质量直接决定了发动机的动力性能、燃耗、排放、可靠性及使用寿命等。

 

自2011年开始，广州数控联合大河机床厂进行珩磨技术的攻关，推出了国内第一款珩磨数控系统产品，解决了该领域长期受制于人的局面。目前珩磨数控系统已在神龙汽车、中原内配等众多发动机厂家配套应用。

 

 

3. 进口高端机床国产数控改造

 

通过进口高端数控机床的改造，证明了国产数控系统的配套能力，扩大了国产高端数控系统的影响力。近两年来共向客户交付20余台应用国产数控系统再制造的进口高端数控机床，包括德、美、日、瑞士等国制造的五轴加工中心，五面龙门机床，卧式、立式加工中心，车铣复合机床和车削中心等。

 

五、结束语

 

广州数控以发展中国民族制造品牌为使命，扛起振兴智能装备制造业的大旗，始终走在自主创新的道路上。广州数控作为行业的龙头企业，积极承担国家重大科技攻关项目，并深入开展科技成果的推广应用，取得了丰硕成果。

 

依托多年来在高端数控系统及机床研究方面的技术沉淀，广州数控将与机床企业、高校、科研机构深入融合设计研发，研制出新一代高端数控系统、直驱伺服、直线电机、直驱转台，解决高端数控系统及机床高精高速、精度保持性和可靠性的技术瓶颈问题。

 

（供稿：广州数控设备有限公司 编辑整理：梅峰）