50年前，中國成功研制并發(fā)射了******顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號(hào)，成為全球第五個(gè)自行研制和發(fā)射人造衛(wèi)星的******。半個(gè)世紀(jì)以來，特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)和特別能奉獻(xiàn)的中國航天精神，一直在推動(dòng)著中國航天事業(yè)的闊步前行，產(chǎn)生的諸多空間技術(shù)成果，也帶動(dòng)了國防現(xiàn)代化建設(shè)、國民經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步與發(fā)展。

在50年的發(fā)展歷程中，隸屬于中國航天三江集團(tuán)有限公司的湖北三江航天紅陽機(jī)電有限公司（以下簡稱紅陽公司），始終堅(jiān)持******利益高于一切的核心價(jià)值觀，不斷自我提升，先后建成了院士專家工作站、******焊接技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、樹脂基結(jié)構(gòu)與功能材料技術(shù)湖北省工程實(shí)驗(yàn)室、湖北省管道智能焊接成套裝備工程技術(shù)研究中心和湖北省校企共建中小型船艇動(dòng)力技術(shù)研發(fā)中心，并成為中國航天科工集團(tuán)公司復(fù)合材料工藝研究分中心和焊接工藝分中心的組成單位，從而為企業(yè)的健康快速發(fā)展集聚了強(qiáng)大后勁。

近年來，紅陽公司聯(lián)合國內(nèi)眾多企業(yè)、知名高校，走出了一條成功的產(chǎn)、學(xué)、研、用聯(lián)合發(fā)展之路。以紅陽公司為核心的聯(lián)合開發(fā)團(tuán)隊(duì)，圍繞國產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)在航天飛行器大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造領(lǐng)域的示范應(yīng)用工程，突破了功能一體化結(jié)構(gòu)件、異形復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件等產(chǎn)品生產(chǎn)用關(guān)鍵加工裝備和成套應(yīng)用技術(shù)難關(guān)，形成了面向多型號(hào)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造技術(shù)及裝備應(yīng)用示范線；突破了國產(chǎn)高檔數(shù)控裝備規(guī)?；⑴炕瘧?yīng)用瓶頸，在大幅提升紅陽公司型號(hào)研制能力的同時(shí)，還帶動(dòng)了國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備的發(fā)展，提升了國產(chǎn)高檔數(shù)控裝置在航天領(lǐng)域的市場占有率，為后續(xù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

多方聯(lián)合，集智攻關(guān)

與紅陽公司緊密合作，眾多國內(nèi)機(jī)床行業(yè)企業(yè)通過聯(lián)合攻關(guān)，成功開發(fā)出一系列滿足航天領(lǐng)域應(yīng)用需求的加工裝備，包括：陜西秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司研制出大型立式車銑復(fù)合加工中心、寶雞機(jī)床集團(tuán)有限公司研制出臥式數(shù)控車削中心、濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司研制出大型五軸龍門機(jī)床所需數(shù)控雙擺頭、武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司研制出大型數(shù)控立式車削中心以及齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研制出大型龍門復(fù)合材料成型裝備；一些新生力量，如浙江日發(fā)精密機(jī)械股份有限公司、北京廣宇大成數(shù)控機(jī)床有限公司和湖南江南四棱數(shù)控機(jī)械有限公司等，分別研制出大型高檔數(shù)控機(jī)床主機(jī)以及數(shù)控?cái)[頭、車銑復(fù)合轉(zhuǎn)臺(tái)和搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)等核心功能部件、工業(yè)機(jī)器人等；武漢華工激光工程有限責(zé)任公司和武漢銳科光纖激光技術(shù)股份有限公司、哈爾濱焊接研究所和北京自動(dòng)化研究所等知名企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，以及華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)和南京航空航天大學(xué)等重點(diǎn)院校，成功開發(fā)出國產(chǎn)大功率激光器、激光復(fù)合焊接裝置以及復(fù)合材料鋪纏頭、復(fù)合材料鋪絲頭和布帶纏繞頭等核心功能部件及控制軟件。

上述所有主機(jī)，均采用了武漢華中數(shù)控股份有限公司（以下簡稱華中數(shù)控）開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床的五軸、六軸和七軸聯(lián)動(dòng)控制及雙通道多軸聯(lián)動(dòng)控制，所控制機(jī)床類型涵蓋：大型龍門立式七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工中心、大型六軸雙模式五坐標(biāo)龍門加工中心、大型復(fù)合材料立式車削中心、國產(chǎn)大功率光纖激光器及焊接機(jī)器人、大型立式八軸控制七軸聯(lián)動(dòng)鋪纏成型裝備、大型臥式纖維纏繞鋪放一體化成型裝備和大型龍門纖維鋪放布帶鋪纏成型裝備等。

在設(shè)計(jì)開發(fā)、安裝調(diào)試和應(yīng)用驗(yàn)證過程中，團(tuán)隊(duì)克服了重重困難，突破了三類車銑復(fù)合加工中心、六軸雙模式五坐標(biāo)龍門、橋式雙驅(qū)搖籃五軸加工中心等高檔數(shù)機(jī)床所涉及的制造、裝配和調(diào)試等各種技術(shù)瓶頸，系統(tǒng)地解決了設(shè)備主機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)配置、主軸頭的設(shè)計(jì)與選型、車銑復(fù)合數(shù)控雙驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)、高速及重載銑削擺頭、高速銑削復(fù)合擺頭及車銑刀柄共用、除塵系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)等技術(shù)難題。同時(shí)，******次成功地采用了國產(chǎn)華中數(shù)控系統(tǒng)在國產(chǎn)大型立式車銑復(fù)合加工裝備上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了車銑復(fù)合裝備主機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)和功能部件的國產(chǎn)突破。

國產(chǎn)大型車銑/銑車復(fù)合加工中心裝備示范應(yīng)用取得成功，有效提升了公司系列型號(hào)產(chǎn)品研制和批量生產(chǎn)平臺(tái)的整體裝備能力，采用國產(chǎn)大腦控制國產(chǎn)機(jī)床實(shí)現(xiàn)了自主可控的目標(biāo)。

采用不同構(gòu)型的車銑復(fù)合加工中心，提升了系列艙體的加工效率30%以上。大型鋁合金/鈦合金/復(fù)合材料銑車復(fù)合加工中心等3種國產(chǎn)高檔數(shù)控裝備，彌補(bǔ)了紅陽公司在鈦合金、復(fù)合材料等航天常用材料切削加工制造裝備上的能力不足，同時(shí)填補(bǔ)了國產(chǎn)大型立式車銑復(fù)合及銑車復(fù)合加工中心裝備的空白，為公司在型號(hào)產(chǎn)品研制和批產(chǎn)能力轉(zhuǎn)型升級(jí)方面，奠定了基礎(chǔ)并發(fā)揮著重要的作用。

通過多方聯(lián)合，集智攻關(guān)，不僅創(chuàng)新出了大型車銑復(fù)合、六軸雙模式五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)、大功率激光器焊接、七軸聯(lián)動(dòng)自動(dòng)鋪纏與鋪放、五軸聯(lián)動(dòng)高速纏繞等關(guān)鍵工藝裝備及成套技術(shù)，滿足了航天裝備關(guān)鍵部件對(duì)加工技術(shù)的要求，而且還利用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)一些老舊關(guān)重設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)改造，賦予其新的生產(chǎn)力。

總之，國產(chǎn)裝備、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)、國產(chǎn)核心功能部件及國產(chǎn)刀具在紅陽公司的應(yīng)用，保障了航天制造的自主可控，提升了國產(chǎn)裝備和技術(shù)在航天領(lǐng)域的市場占有率。

國產(chǎn)系統(tǒng)，優(yōu)化可控

應(yīng)用于紅陽公司的一系列國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，包括大型立式車銑復(fù)合加工中心、大型立臥轉(zhuǎn)換式銑車復(fù)合加工中心、六軸雙模式五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)龍門加工中心、橋式雙驅(qū)搖籃五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、立式車削中心以及復(fù)合材料七軸聯(lián)動(dòng)鋪纏一體化成型機(jī)床等，均采用了華中數(shù)控的HNC848系列高檔數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)大型復(fù)雜多軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合加工裝備的自主可靠控制，如：大型機(jī)床的雙驅(qū)8～24m/min高精度控制、五軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)及五軸剛性攻絲、五軸RTCP控制和空間誤差補(bǔ)償?shù)取?/span>

華中數(shù)控的HNC848自動(dòng)鋪纏控制系統(tǒng)

針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的五軸加工中心和車銑復(fù)合加工中心而實(shí)現(xiàn)的RTCP標(biāo)定補(bǔ)償，有效解決了金屬切削類機(jī)床面臨的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)難題。通過攻克六軸RTCP控制關(guān)鍵技術(shù)，使大型雙柱立式八軸控制、七軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)的鋪纏一體化成型裝備，在鋪放軌跡的柔順性、光順性及鋪放效率方面均有大幅提升。

國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)化前后的S試件加工對(duì)比

車銑復(fù)合加工件的測試驗(yàn)證

通常，非RTCP控制鋪纏時(shí)，鋪纏效率低且軌跡速度不穩(wěn)定，比如，在工件棱角邊緣的鋪纏速度明顯要慢，在凹面的鋪纏速度要高于在凸面的鋪纏速度。由于整個(gè)鋪纏過程速度不穩(wěn)定，導(dǎo)致提速時(shí)部分聯(lián)動(dòng)軸會(huì)抖動(dòng)，尤其是旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)C軸的抖動(dòng)******明顯。

壓輥過楞緣

壓輥過凹面

壓輥過凸面

鋪纏過程中壓輥?zhàn)藨B(tài)示意圖

此外，由于鋪纏表現(xiàn)為增材加工的特點(diǎn)，壓輥氣缸浮動(dòng)行程有限，鋪到一定厚度后，需要修改類似于五軸機(jī)床切削的刀具長度，重新生成鋪纏成型程序，從而給操作帶來了麻煩。究其原因，主要是在計(jì)算軌跡弧長時(shí)沒有考慮機(jī)床的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)無法做出合理的速度規(guī)劃。

SSTT采集C軸速度和速度波動(dòng)曲線

速度規(guī)劃曲線擬合誤差

基于RTCP功能的七軸鋪纏聯(lián)動(dòng)控制，在進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)學(xué)求解運(yùn)算時(shí)，就考慮了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過在工件坐標(biāo)系下進(jìn)行樣條擬合與速度規(guī)劃，使機(jī)床運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)，沒有頻繁的加、減速現(xiàn)象，而且加、減速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。由此，提高了各運(yùn)動(dòng)軸的光順性，使鋪纏效果和效率更高：當(dāng)進(jìn)給量為2000時(shí)，鋪纏一圈的時(shí)間大約為68秒，而非RTCP控制時(shí)的鋪纏時(shí)間大約需要110秒。與此同時(shí)，RTCP功能允許對(duì)刀具長度進(jìn)行補(bǔ)償，解決了厚度補(bǔ)償?shù)膯栴}，提高了編程效率。

將多軸聯(lián)動(dòng)RTCP控制功能完善到鋪纏軌跡控制程序中，消除了鋪放過程中的脈沖式問題，實(shí)現(xiàn)了鋪放軌跡的連貫性與平順性。自動(dòng)鋪放數(shù)控程序通過對(duì)程序點(diǎn)數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了更優(yōu)的擬和效果，進(jìn)一步提高了效率；通過對(duì)鋪放程序的進(jìn)一步優(yōu)化，以及設(shè)計(jì)出適應(yīng)周向不同位置的張力輸出值，使鋪放速度等參數(shù)能動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整，合理控制不同位置的鋪放質(zhì)量。

總之，在華中8型數(shù)控系統(tǒng)原有的五軸RTCP基礎(chǔ)上開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)六軸、七軸RTCP功能，為復(fù)合材料鋪纏提供了優(yōu)化的控制解決方案。相對(duì)于非RTCP控制的加工，在進(jìn)一步提升插補(bǔ)精度的同時(shí)，改善了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，使機(jī)床在滿足工藝要求的前提下，提高了加工效率。目前該技術(shù)已成功應(yīng)用于某型號(hào)殼體工件的鋪纏加工。

七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工中心

立臥轉(zhuǎn)換式銑車復(fù)合加工中心

六軸雙模式五坐標(biāo)龍門加工中心

焊割裝備，能力升級(jí)

通過聯(lián)合開發(fā)，由國產(chǎn)大功率光纖激光器、國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)及國產(chǎn)激光復(fù)合焊接裝置等構(gòu)成的國產(chǎn)大功率光纖激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)在紅陽公司建成，它采用了基于工業(yè)機(jī)器人的離線編程軟件系統(tǒng)，使紅陽公司首次實(shí)現(xiàn)了某3D打印鈦合金系列艙段的無余量精密激光焊接。

憑借已經(jīng)形成的針對(duì)鈦合金、鋁合金和不銹鋼等3種材料的不同厚度激光切割數(shù)據(jù)庫，以及針對(duì)鈦合金、高溫合金和不銹鋼這3種典型航天材料的激光焊接工藝參數(shù)庫，紅陽公司已將國產(chǎn)大型激光焊接與切割裝備應(yīng)用于系列型號(hào)產(chǎn)品的鋁合金、鈦合金、不銹鋼和高溫合金部件的高效精密切割與無余量精密激光焊接應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了公司型號(hào)制造裝備平臺(tái)能力的升級(jí)，滿足了新型號(hào)研制與批產(chǎn)的應(yīng)用需求，有效提升了國產(chǎn)焊接系統(tǒng)在航天領(lǐng)域示范應(yīng)用的整體能力，在提高航天飛行器大型艙體制造能力的同時(shí)，還提高了產(chǎn)品的加工效率和加工精度。

大功率光纖激光切割系統(tǒng)

大功率光纖激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)

公司發(fā)展至今已擁有一批******的進(jìn)口設(shè)備 : 進(jìn)口高精密CNC加工銑床，CNC高精密加工車床，北京精密零件加工，進(jìn)口模型批量真空制作機(jī)， 高亮度uv機(jī)，噴漆房，烤漆柜，圖標(biāo)文字絲印機(jī)，鐳雕激光機(jī)，噴砂機(jī)，打孔攻絲機(jī)、火花機(jī)、線切割設(shè)備等等。

國內(nèi)首創(chuàng)，效果顯著

國內(nèi)首臺(tái)雙柱立式大型數(shù)控鋪纏一體化成型裝備攻克了系列關(guān)鍵技術(shù)，擁有較多知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)創(chuàng)新亮點(diǎn)。如，主機(jī)采用湖南江南四棱數(shù)控開發(fā)的立式雙柱鋪纏主機(jī)，提高了新型復(fù)合材料干法鋪纏適應(yīng)性；鋪帶頭核心功能部件全部采用具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的南航鋪纏頭；自動(dòng)鋪纏編程與仿真采用南航二次開發(fā)的鋪放軟件；采用國產(chǎn)華中數(shù)控系統(tǒng)HNC848進(jìn)行八軸控制七軸聯(lián)動(dòng)鋪放；配備30m/min高速進(jìn)給系統(tǒng)，提高異形曲面鋪纏的適應(yīng)性，同時(shí)，通過RTCP進(jìn)行控制，有效的提高了鋪放軌跡的光順性和鋪放效率。

采用雙柱立式大型數(shù)控鋪纏一體化成型裝備，其單個(gè)艙體鋪纏成型效率由原來的2天縮短為0.5天，效率提高4倍以上。鋪纏成型余量由12～15mm縮減為無余量，原材料利用率由30%提高到75%，同時(shí)，在大幅度縮減材料成本的同時(shí)，復(fù)合材料的切削加工也由固化后的2～3次加工，縮減為只加工開口而無需大面積切削，復(fù)合材料切削加工周期由7天可縮短到1天。

通過數(shù)控自動(dòng)鋪纏成型后，每個(gè)艙體材料成本可節(jié)約30%約6萬元左右，減少一次加工成本約4.5萬元左右，累計(jì)單件可節(jié)省成本10萬元。

大型立式七軸鋪纏繞成型機(jī)

雙通道五軸纏繞及七軸鋪放成型機(jī)

所研發(fā)示范應(yīng)用的大型臥式纏繞、鋪放一體化成型裝備及大型龍門纖維鋪放及布帶鋪纏裝備，其應(yīng)用產(chǎn)品對(duì)象范圍寬，不僅可以適應(yīng)傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)體承力結(jié)構(gòu)與防熱構(gòu)件的復(fù)雜工藝制造，同時(shí)可適應(yīng)未來航天往返高速飛行器復(fù)雜氣動(dòng)外形結(jié)構(gòu)件的鋪纏、鋪放近凈成型，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，不僅經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益巨大，而且對(duì)于提高航天領(lǐng)域新型號(hào)研制及航天裝備智能制造具有重要的意義。

核心部件，穩(wěn)步前行

在產(chǎn)、學(xué)、研、用的聯(lián)合開發(fā)中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)突破了一系列核心關(guān)鍵功能部件技術(shù)，包括：大型立式車銑復(fù)合雙驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)、高速單擺頭、復(fù)合擺動(dòng)主軸頭、AC雙擺主軸頭、雙軸搖籃數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、高速電主軸、激光電弧復(fù)合焊槍、非正交三軸布帶鋪纏頭和16絲束纏繞頭等，所有這些核心功能部件均配套國產(chǎn)大功率伺服電機(jī)、大功率伺服驅(qū)動(dòng)器及國產(chǎn)華中數(shù)控高檔型HNC848數(shù)控系統(tǒng)，并在示范生產(chǎn)線上得到了充分的可靠性測試及應(yīng)用驗(yàn)證。

主軸擺動(dòng)頭、車銑復(fù)合轉(zhuǎn)臺(tái)、鋪纏、鋪放頭等核心功能部件

航天制造、精益求精

針對(duì)航天輕量化典型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件,團(tuán)隊(duì)利用有關(guān)項(xiàng)目支持的制造裝備及******成形工藝,形成了以五坐標(biāo)高速精密切削、激光切割與精密焊接特種成型、復(fù)合材料自動(dòng)化成型等三大類數(shù)控裝備及制造工藝為核心的示范應(yīng)用,示范了三大類國產(chǎn)裝備主機(jī)、核心功能部件、數(shù)控系統(tǒng)及成套工藝技術(shù)。在新型航天飛行器系列大型艙體集成制造中的示范應(yīng)用，較好地完成了研發(fā)的預(yù)期目標(biāo)，克服了成本高昂的瓶頸。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)了車銑復(fù)合加工編程仿真軟件、工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件、激光焊接變形仿真、異形艙體鋪纏成型軌跡規(guī)劃設(shè)計(jì)與鋪纏成型運(yùn)動(dòng)仿真、異形艙體鋪放編程及工藝仿真等系列軟件，確保了系列復(fù)雜產(chǎn)品的高效精密制造質(zhì)量，提升了制造工藝的整體水平能力。累計(jì)完成系列型號(hào)鋁合金、鈦合金和復(fù)合材料等多種材料體系的艙體關(guān)鍵部件30余項(xiàng)，形成了基于國產(chǎn)刀具的鋁合金、鈦合金和復(fù)合材料3類切削數(shù)據(jù)庫。

航天飛行器輕量化結(jié)構(gòu)件試驗(yàn)驗(yàn)證示范

總結(jié)展望

通過產(chǎn)、學(xué)、研、用的聯(lián)合開發(fā)，提升了國產(chǎn)裝備的整體研發(fā)能力——主機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、刀具、工藝、夾具、切割-焊接成套裝備與工藝技術(shù)、軟件開發(fā)；提升了數(shù)控機(jī)床裝配調(diào)試、精度補(bǔ)償?shù)染C合能力；擴(kuò)展了復(fù)合材料成型領(lǐng)域高檔數(shù)控機(jī)床的研發(fā)應(yīng)用能力；提升了裝備規(guī)格整體制造平臺(tái)能力升級(jí)；擴(kuò)寬了型號(hào)常用航天特種材料的切削加工減材制造、特種成型與連接增材制造、復(fù)合材料增材制造近凈成型產(chǎn)品質(zhì)量多種工藝領(lǐng)域的應(yīng)用。

眾所周知，高性能制造工藝裝備是航空航天工程實(shí)現(xiàn)高可靠性、長壽命和低成本的保障，******制造工藝和裝備的進(jìn)步促進(jìn)了新型飛機(jī)、運(yùn)載火箭和航天飛行器的研制成功和投入使用。******提出探索一代、預(yù)研一代、研制一代和生產(chǎn)一代的規(guī)劃發(fā)展思想，高檔數(shù)控機(jī)床裝備作為4個(gè)新一代發(fā)展的技術(shù)引領(lǐng)者和推動(dòng)者，應(yīng)該更加強(qiáng)化創(chuàng)新、超前部署、厚積薄發(fā)，推動(dòng)我國高檔裝備的整體技術(shù)進(jìn)步，逐步縮小與******發(fā)達(dá)******的差距。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，航空航天一定會(huì)迎來一個(gè)穩(wěn)步發(fā)展的美好明天。