50年前，中國成功研制并發射了******顆人造地球衛星東方紅一號，成為全球第五個自行研制和發射人造衛星的******。半個世紀以來，特別能吃苦、特別能戰斗、特別能攻關和特別能奉獻的中國航天精神，一直在推動著中國航天事業的闊步前行，產生的諸多空間技術成果，也帶動了國防現代化建設、國民經濟和科技的進步與發展。

在50年的發展歷程中，隸屬于中國航天三江集團有限公司的湖北三江航天紅陽機電有限公司（以下簡稱紅陽公司），始終堅持******利益高于一切的核心價值觀，不斷自我提升，先后建成了院士專家工作站、******焊接技術湖北省重點實驗室、樹脂基結構與功能材料技術湖北省工程實驗室、湖北省管道智能焊接成套裝備工程技術研究中心和湖北省校企共建中小型船艇動力技術研發中心，并成為中國航天科工集團公司復合材料工藝研究分中心和焊接工藝分中心的組成單位，從而為企業的健康快速發展集聚了強大后勁。

近年來，紅陽公司聯合國內眾多企業、知名高校，走出了一條成功的產、學、研、用聯合發展之路。以紅陽公司為核心的聯合開發團隊，圍繞國產設備和技術在航天飛行器大型復雜結構件制造領域的示范應用工程，突破了功能一體化結構件、異形復合材料結構件等產品生產用關鍵加工裝備和成套應用技術難關，形成了面向多型號大型復雜結構件的制造技術及裝備應用示范線；突破了國產高檔數控裝備規模化、批量化應用瓶頸，在大幅提升紅陽公司型號研制能力的同時，還帶動了國產高檔數控機床與基礎制造裝備的發展，提升了國產高檔數控裝置在航天領域的市場占有率，為后續的進一步發展奠定了基礎。

多方聯合，集智攻關

與紅陽公司緊密合作，眾多國內機床行業企業通過聯合攻關，成功開發出一系列滿足航天領域應用需求的加工裝備，包括：陜西秦川機床集團有限公司研制出大型立式車銑復合加工中心、寶雞機床集團有限公司研制出臥式數控車削中心、濟南二機床集團有限公司研制出大型五軸龍門機床所需數控雙擺頭、武漢重型機床集團有限公司研制出大型數控立式車削中心以及齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司研制出大型龍門復合材料成型裝備；一些新生力量，如浙江日發精密機械股份有限公司、北京廣宇大成數控機床有限公司和湖南江南四棱數控機械有限公司等，分別研制出大型高檔數控機床主機以及數控擺頭、車銑復合轉臺和搖籃轉臺等核心功能部件、工業機器人等；武漢華工激光工程有限責任公司和武漢銳科光纖激光技術股份有限公司、哈爾濱焊接研究所和北京自動化研究所等知名企業和研究機構，以及華中科技大學、西安交通大學和南京航空航天大學等重點院校，成功開發出國產大功率激光器、激光復合焊接裝置以及復合材料鋪纏頭、復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，均采用了武漢華中數控股份有限公司（以下簡稱華中數控）開發的國產數控系統，實現了對國產高檔數控機床的五軸、六軸和七軸聯動控制及雙通道多軸聯動控制，所控制機床類型涵蓋：大型龍門立式七軸五聯動車銑復合加工中心、大型六軸雙模式五坐標龍門加工中心、大型復合材料立式車削中心、國產大功率光纖激光器及焊接機器人、大型立式八軸控制七軸聯動鋪纏成型裝備、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。

在設計開發、安裝調試和應用驗證過程中，團隊克服了重重困難，突破了三類車銑復合加工中心、六軸雙模式五坐標龍門、橋式雙驅搖籃五軸加工中心等高檔數機床所涉及的制造、裝配和調試等各種技術瓶頸，系統地解決了設備主機結構及運動配置、主軸頭的設計與選型、車銑復合數控雙驅轉臺、高速及重載銑削擺頭、高速銑削復合擺頭及車銑刀柄共用、除塵系統及液壓系統設計等技術難題。同時，******次成功地采用了國產華中數控系統在國產大型立式車銑復合加工裝備上的應用，實現了車銑復合裝備主機、數控系統和功能部件的國產突破。

國產大型車銑/銑車復合加工中心裝備示范應用取得成功，有效提升了公司系列型號產品研制和批量生產平臺的整體裝備能力，采用國產大腦控制國產機床實現了自主可控的目標。

采用不同構型的車銑復合加工中心，提升了系列艙體的加工效率30%以上。大型鋁合金/鈦合金/復合材料銑車復合加工中心等3種國產高檔數控裝備，彌補了紅陽公司在鈦合金、復合材料等航天常用材料切削加工制造裝備上的能力不足，同時填補了國產大型立式車銑復合及銑車復合加工中心裝備的空白，為公司在型號產品研制和批產能力轉型升級方面，奠定了基礎并發揮著重要的作用。

通過多方聯合，集智攻關，不僅創新出了大型車銑復合、六軸雙模式五坐標聯動、大功率激光器焊接、七軸聯動自動鋪纏與鋪放、五軸聯動高速纏繞等關鍵工藝裝備及成套技術，滿足了航天裝備關鍵部件對加工技術的要求，而且還利用國產數控系統對一些老舊關重設備進行了升級改造，賦予其新的生產力。

總之，國產裝備、國產數控系統、國產核心功能部件及國產刀具在紅陽公司的應用，保障了航天制造的自主可控，提升了國產裝備和技術在航天領域的市場占有率。

國產系統，優化可控

應用于紅陽公司的一系列國產數控機床，包括大型立式車銑復合加工中心、大型立臥轉換式銑車復合加工中心、六軸雙模式五坐標聯動龍門加工中心、橋式雙驅搖籃五軸聯動加工中心、立式車削中心以及復合材料七軸聯動鋪纏一體化成型機床等，均采用了華中數控的HNC848系列高檔數控系統，實現了國產數控系統對大型復雜多軸聯動復合加工裝備的自主可靠控制，如：大型機床的雙驅8～24m/min高精度控制、五軸聯動插補及五軸剛性攻絲、五軸RTCP控制和空間誤差補償等。

華中數控的HNC848自動鋪纏控制系統

針對不同結構的五軸加工中心和車銑復合加工中心而實現的RTCP標定補償，有效解決了金屬切削類機床面臨的復雜運動插補難題。通過攻克六軸RTCP控制關鍵技術，使大型雙柱立式八軸控制、七軸聯動插補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。

國產數控系統優化前后的S試件加工對比

車銑復合加工件的測試驗證

通常，非RTCP控制鋪纏時，鋪纏效率低且軌跡速度不穩定，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。由于整個鋪纏過程速度不穩定，導致提速時部分聯動軸會抖動，尤其是旋轉工作臺C軸的抖動******明顯。

壓輥過楞緣

壓輥過凹面

壓輥過凸面

鋪纏過程中壓輥姿態示意圖

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

SSTT采集C軸速度和速度波動曲線

速度規劃曲線擬合誤差

基于RTCP功能的七軸鋪纏聯動控制，在進行系統內部運動學求解運算時，就考慮了機床的運動結構參數，通過在工件坐標系下進行樣條擬合與速度規劃，使機床運動更平穩，沒有頻繁的加、減速現象，而且加、減速時也不會出現抖動。由此，提高了各運動軸的光順性，使鋪纏效果和效率更高：當進給量為2000時，鋪纏一圈的時間大約為68秒，而非RTCP控制時的鋪纏時間大約需要110秒。與此同時，RTCP功能允許對刀具長度進行補償，解決了厚度補償的問題，提高了編程效率。

將多軸聯動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，實現了鋪放軌跡的連貫性與平順性。自動鋪放數控程序通過對程序點數的進一步優化，實現了更優的擬和效果，進一步提高了效率；通過對鋪放程序的進一步優化，以及設計出適應周向不同位置的張力輸出值，使鋪放速度等參數能動態實現自適應調整，合理控制不同位置的鋪放質量。

總之，在華中8型數控系統原有的五軸RTCP基礎上開發的國產數控系統六軸、七軸RTCP功能，為復合材料鋪纏提供了優化的控制解決方案。相對于非RTCP控制的加工，在進一步提升插補精度的同時，改善了機床的運動學和動力學特性，使機床在滿足工藝要求的前提下，提高了加工效率。目前該技術已成功應用于某型號殼體工件的鋪纏加工。

七軸五聯動車銑復合加工中心

立臥轉換式銑車復合加工中心

六軸雙模式五坐標龍門加工中心

焊割裝備，能力升級

通過聯合開發，由國產大功率光纖激光器、國產工業機器人、國產數控系統及國產激光復合焊接裝置等構成的國產大功率光纖激光機器人焊接系統在紅陽公司建成，它采用了基于工業機器人的離線編程軟件系統，使紅陽公司首次實現了某3D打印鈦合金系列艙段的無余量精密激光焊接。

憑借已經形成的針對鈦合金、鋁合金和不銹鋼等3種材料的不同厚度激光切割數據庫，以及針對鈦合金、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庫，紅陽公司已將國產大型激光焊接與切割裝備應用于系列型號產品的鋁合金、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用中，實現了公司型號制造裝備平臺能力的升級，滿足了新型號研制與批產的應用需求，有效提升了國產焊接系統在航天領域示范應用的整體能力，在提高航天飛行器大型艙體制造能力的同時，還提高了產品的加工效率和加工精度。

大功率光纖激光切割系統

大功率光纖激光機器人焊接系統

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

國內首創，效果顯著

國內首臺雙柱立式大型數控鋪纏一體化成型裝備攻克了系列關鍵技術，擁有較多知識產權的技術創新亮點。如，主機采用湖南江南四棱數控開發的立式雙柱鋪纏主機，提高了新型復合材料干法鋪纏適應性；鋪帶頭核心功能部件全部采用具有知識產權的南航鋪纏頭；自動鋪纏編程與仿真采用南航二次開發的鋪放軟件；采用國產華中數控系統HNC848進行八軸控制七軸聯動鋪放；配備30m/min高速進給系統，提高異形曲面鋪纏的適應性，同時，通過RTCP進行控制，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控鋪纏一體化成型裝備，其單個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，在大幅度縮減材料成本的同時，復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，復合材料切削加工周期由7天可縮短到1天。

通過數控自動鋪纏成型后，每個艙體材料成本可節約30%約6萬元左右，減少一次加工成本約4.5萬元左右，累計單件可節省成本10萬元。

大型立式七軸鋪纏繞成型機

雙通道五軸纏繞及七軸鋪放成型機

所研發示范應用的大型臥式纏繞、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，其應用產品對象范圍寬，不僅可以適應傳統的回轉體承力結構與防熱構件的復雜工藝制造，同時可適應未來航天往返高速飛行器復雜氣動外形結構件的鋪纏、鋪放近凈成型，具有非常廣泛的應用前景，不僅經濟技術效益巨大，而且對于提高航天領域新型號研制及航天裝備智能制造具有重要的意義。

核心部件，穩步前行

在產、學、研、用的聯合開發中，研發團隊突破了一系列核心關鍵功能部件技術，包括：大型立式車銑復合雙驅轉臺、高速單擺頭、復合擺動主軸頭、AC雙擺主軸頭、雙軸搖籃數控轉臺、高速電主軸、激光電弧復合焊槍、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大功率伺服電機、大功率伺服驅動器及國產華中數控高檔型HNC848數控系統，并在示范生產線上得到了充分的可靠性測試及應用驗證。

主軸擺動頭、車銑復合轉臺、鋪纏、鋪放頭等核心功能部件

航天制造、精益求精

針對航天輕量化典型復雜結構件,團隊利用有關項目支持的制造裝備及******成形工藝,形成了以五坐標高速精密切削、激光切割與精密焊接特種成型、復合材料自動化成型等三大類數控裝備及制造工藝為核心的示范應用,示范了三大類國產裝備主機、核心功能部件、數控系統及成套工藝技術。在新型航天飛行器系列大型艙體集成制造中的示范應用，較好地完成了研發的預期目標，克服了成本高昂的瓶頸。

項目團隊開發了車銑復合加工編程仿真軟件、工業機器人離線編程軟件、激光焊接變形仿真、異形艙體鋪纏成型軌跡規劃設計與鋪纏成型運動仿真、異形艙體鋪放編程及工藝仿真等系列軟件，確保了系列復雜產品的高效精密制造質量，提升了制造工藝的整體水平能力。累計完成系列型號鋁合金、鈦合金和復合材料等多種材料體系的艙體關鍵部件30余項，形成了基于國產刀具的鋁合金、鈦合金和復合材料3類切削數據庫。

航天飛行器輕量化結構件試驗驗證示范

總結展望

通過產、學、研、用的聯合開發，提升了國產裝備的整體研發能力——主機、數控系統、功能部件、刀具、工藝、夾具、切割-焊接成套裝備與工藝技術、軟件開發；提升了數控機床裝配調試、精度補償等綜合能力；擴展了復合材料成型領域高檔數控機床的研發應用能力；提升了裝備規格整體制造平臺能力升級；擴寬了型號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、復合材料增材制造近凈成型產品質量多種工藝領域的應用。

眾所周知，高性能制造工藝裝備是航空航天工程實現高可靠性、長壽命和低成本的保障，******制造工藝和裝備的進步促進了新型飛機、運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、預研一代、研制一代和生產一代的規劃發展思想，高檔數控機床裝備作為4個新一代發展的技術引領者和推動者，應該更加強化創新、超前部署、厚積薄發，推動我國高檔裝備的整體技術進步，逐步縮小與******發達******的差距。

隨著國民經濟的發展和科學技術的進步，航空航天一定會迎來一個穩步發展的美好明天。