科创中国

行业领域

高端装备制造产业,智能制造装备产业

需求背景

现阶段增减材复合机床的控制系统国内外均为日本、欧美的数控系统，同时国内外主要研究增材与减材的复合加工功能实现，缺乏对机床安全及质量可靠性提升体系研究。本项目的进行也将弥补国产数控系统在增减材复合机床控制系统的缺乏。

同时，重庆作为我国西南片区传统制造业大区，在机床行业和增材制造业相当重视，有宇航3D打印、台正工业园等机床行业、增材制造业的优势企业，但在增减材复合制造机床方面现暂处于起步阶段，本项目集成五轴切削机床及熔覆增材设备，研发出多用型增减材立式加工中心，将弥补这方面的不足。

需解决的主要技术难题

1）适合增减材复合五轴加工中心集成及优化技术

增减材复合五轴加工中心包括五轴光机本体、五轴转台、切削主轴、熔覆头、直线模组、电气控制柜、液压站、油冷机、钣金、风琴罩、水箱、操作站等硬件组成的五轴运动系统、主轴切屑系统、熔覆头增材系统、直线模组运动系统、数控系统、润滑系统、冷却系统等，合理规划各硬件空间结构、装配关系、合理布局走线、符合相关标准、符合人员操作习惯等涉及的空间几何学、相关标准执行等是本项目的第一个难点。

五轴高速切削加工机床以及激光熔覆喷嘴作为复合加工系统，该系统采用送粉的原材料推送方式，实现增减材复合加工机床的集成与控制。由于激光熔覆过程中，材料喷头移动较为缓慢以及整个喷嘴系统的重量较轻，故不需要额外准备动力系统，直接用机床现有运动平台。但是，熔覆增材U轴采用何种结构设计，才能降低集成难度，同时保证加工精度。

（2）基于国产数控系统的熔覆功能控制系统开发技术

在机床原有的CNC控制系统的基础上，在系统的现有工作区域中引入新的增材加工设备。这需要NC系统不仅能够生成刀具以及打印材料喷嘴的轨迹，而且能够快速的在二者之间自由切换。增减材复合五轴加工中心整机装配后，装配过程工艺、性能调试、系统功能应用验证、参数优化、熔覆头刀尖矢量编程、工艺参数优化、设备加工可靠性等熔覆增材对应国产五轴数控系统功能匹配及优化是本项目一个难点。

（3）安全可靠性分析及质量提升技术

目前，由于增减材复合五轴加工中心在使用中存在较多的人机交互情景，操作者在使用过程的安全性是增减材复合五轴加工中心不可忽视的指标，对中心的电击防护、电气设备保护及走线设计是影响设备安全可靠性的重要因素。同时结合中心长期处于强弱电系统复杂电磁场环境中、兼备通讯信号传输等特点，主要解决的难题：一是需要解增减材复合五轴加工中心在复杂电磁环境下的电磁兼容可靠性问题，提升其抗干扰、高可靠度的稳定工作能力，提升其长久服役的工作能力以及涉及其结构、工艺等方面安全性能指标；二是找出影响增减材复合五轴加工中心可靠性的主要因素，完成可靠性评价。由于影响增减材复合五轴加工中心可靠性的因素众多，需要将获得的测数数据进行归纳，并对增减材复合五轴加工中心进行性能失效机理分析，针对性的研究质量提升方法。 

期望实现的主要技术目标

配置国产华中8型数控系统，工作台面≥300mm，熔覆头Y向行程≥320mm，熔覆头Z向行程≥320mm，XYZ轴行程≥600/320/320,A/C轴≥±110°/n*360°，X轴定位精度/重复定位精度≤***，Y轴定位精度/重复定位精度≤***，Z轴定位精度/重复定位精度≤***，A/C轴定位精度≤30″/20″，A/C轴重复定位精度≤8″/6″

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-10-31

廖磊

重庆大学

教授

综合评价

技术需求清晰

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解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-10-21

朱雄

吉林大学重庆研究院

应用推广部主任

综合评价

该需求描述较为清晰，提出了研究的三个方向。若需要解决该课题需要以生产的产品为载体，对现有的设备进行改造或升级。增减材复合五轴加工中心开发的主要内容包括五轴联动减材机床的设计及其精度控制、增材模块开发、增减材复合与集成控制。后期的精度控制、算法优化与试验验证也是机床开发必不可少的环节。

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处理进度