淺析國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及其在中檔加工中心上的應(yīng)用

　　普及型中檔數(shù)控系統(tǒng)是我國(guó)機(jī)床市場(chǎng)需求的主體，也是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)。當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)面臨著十分嚴(yán)峻的形勢(shì)，國(guó)內(nèi)80%以上中高檔數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床依賴進(jìn)口，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的嚴(yán)重滯后，已經(jīng)成為制約我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。

　　由武漢華中數(shù)控股份有限公司、北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司承擔(dān)的科技部863課題《國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及其在中檔加工中心上的應(yīng)用》，通過(guò)對(duì)三軸及三軸以上加工中心關(guān)鍵技術(shù)的研究、中試和與國(guó)產(chǎn)中檔加工中心的批量配套，使國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的功能、性能和可靠性達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，為國(guó)產(chǎn)中檔數(shù)控加工中心的規(guī)模化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

　　一、創(chuàng)新的技術(shù)路線與研究成果

　　《國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及其在中檔加工中心上的應(yīng)用》課題，瞄準(zhǔn)國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)和加工中心的先進(jìn)水平，采用創(chuàng)新的技術(shù)路線：第一，以軟代硬、簡(jiǎn)化硬件，保障產(chǎn)品的品質(zhì)；第二，建立開(kāi)放式平臺(tái)、適應(yīng)用戶個(gè)性化要求；第三，技術(shù)成套，降低成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力；第四，堅(jiān)持將階段研究成果迅速工程化，開(kāi)發(fā)出適應(yīng)于市場(chǎng)發(fā)展的數(shù)控系統(tǒng)新產(chǎn)品。在數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵部件與加工中心主機(jī)一體化設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)工藝體系方面，取得了六個(gè)方面的重大突破。

　　·高品質(zhì)、高性能、高集成的世紀(jì)星HNC-21/22數(shù)控系統(tǒng)

　　華中世紀(jì)星HNC-21/22系列數(shù)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置高性能32位嵌入式工業(yè)PC，數(shù)控單元集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、PLC接口、網(wǎng)絡(luò)通訊接口于一體，具有高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的特點(diǎn)?？煽刂?個(gè)進(jìn)給軸，最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為6軸，可與數(shù)控車、車削中心、數(shù)控銑、加工中心、數(shù)控專機(jī)、車銑復(fù)合機(jī)床等機(jī)床配套。

　　·HSV-16D全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)單元

　　HSV-16D全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)單元將電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊集成為一體，采用最新運(yùn)動(dòng)控制專用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(FPGA)和智能化功率模塊(IPM)等當(dāng)今最新技術(shù)設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)小巧、造型美觀、使用方便、可靠性高等特點(diǎn)。

　　·HSV-20S全數(shù)字交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)單元

　　HSV-20S全數(shù)字交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)單元采用AC380V電源直接輸入，省去了常用的伺服變壓器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制靈活、使用方便、可靠性高的特點(diǎn)。HSV-20S全數(shù)字交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)單元還具有較高的加減速響應(yīng)性能和較寬的功率選擇范圍，可根據(jù)需求形成高可靠、高性能的交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

　　·GK6交流永磁同步伺服電機(jī)

　　GK6交流永磁同步伺服電機(jī)采用高性能稀土永磁材料形成氣隙磁場(chǎng)，由脈寬調(diào)制變頻器控制運(yùn)行，具有良好的力矩特性和寬廣的調(diào)速范圍。GK6系列電機(jī)采用自冷式，防護(hù)等級(jí)為IP64-IP67，GK6系列電機(jī)具有較寬的電網(wǎng)波動(dòng)適應(yīng)性，可廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。

　　·GK7系列交流伺服主軸電機(jī)

　　GK7系列交流伺服主軸電機(jī)采用F級(jí)特殊絕緣結(jié)構(gòu)及整機(jī)加工和高精度動(dòng)平衡工藝，可與國(guó)內(nèi)外各類高、中、低檔交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)模塊配套，進(jìn)行閉環(huán)控制運(yùn)行，可獲得較高的運(yùn)行特性。

　　·加工中心與數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)化配套技術(shù)

　　在加工中心與數(shù)控系統(tǒng)配套技術(shù)方面，采用了先進(jìn)的圓弧插補(bǔ)的過(guò)象限反向尖峰補(bǔ)償技術(shù)，可進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試，具有藍(lán)圖編程功能、故障診斷功能、后臺(tái)編輯功能和加工中心的PLC程序的模塊化。

　　二、先進(jìn)的生產(chǎn)質(zhì)量保障體系

　　利用先進(jìn)的技術(shù)提高產(chǎn)品的性能質(zhì)量，是推廣應(yīng)用國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵。課題承擔(dān)單位武漢華中數(shù)控股份有限公司是國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)的龍頭企業(yè)，擁有現(xiàn)代化的生產(chǎn)基地，先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置生產(chǎn)線和數(shù)控電柜裝配車間，具備建立了年產(chǎn)各類數(shù)控系統(tǒng)5000臺(tái)套的生產(chǎn)能力。為解決數(shù)控系統(tǒng)功能、性能穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)，本課題組重點(diǎn)做了如下工作：

　　第一、建立先進(jìn)的生產(chǎn)質(zhì)量保障體系

　　建立了達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測(cè)能力的質(zhì)量檢測(cè)中心，配置了先進(jìn)的電磁兼容性和可靠性檢測(cè)儀器設(shè)備150多臺(tái)，如快速瞬變脈沖群發(fā)生器、雷擊浪涌脈沖發(fā)生器、靜電放電檢測(cè)儀、振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、沖擊試驗(yàn)臺(tái)、高溫運(yùn)行實(shí)驗(yàn)室和高低溫環(huán)境實(shí)驗(yàn)室等。通過(guò)這些有效的檢測(cè)儀器和檢測(cè)手段，對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝等方面進(jìn)行了改進(jìn)，并在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中強(qiáng)化質(zhì)量控制，建立了ISO9001質(zhì)量保證體系，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　第二、開(kāi)展了數(shù)控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)。

　　數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、規(guī)范化的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的和互換性好的元器件和零部件，充分考慮工藝性、操作性、測(cè)試、包裝、貯存、運(yùn)輸和維修等各種環(huán)境對(duì)數(shù)控裝置的影響；嚴(yán)格元、器件的篩選工藝和裝配工藝，元、器件全部使用工業(yè)級(jí)接插件，把好電路板焊接等環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)。

　　數(shù)控系統(tǒng)軟開(kāi)發(fā)采用專用的工具進(jìn)行項(xiàng)目管理，做到設(shè)計(jì)、修改可重現(xiàn)、可記錄、可追溯;制定軟件版本管理方法、安裝工藝和檢查工藝，杜絕軟件使用的隨意性和不可控制性；對(duì)軟件產(chǎn)品把好設(shè)計(jì)、調(diào)試、集成多道測(cè)試程序關(guān)，保證軟件產(chǎn)品的正確性和可檢查性。

　　三、國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)配套加工中心的推廣應(yīng)用

　　目前，華中數(shù)控系統(tǒng)已與國(guó)內(nèi)多家加工中心主機(jī)廠實(shí)現(xiàn)了批量配套應(yīng)用，例如北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司、安徽鴻慶精機(jī)有限公司、大連機(jī)床集團(tuán)、成都托普數(shù)控有限責(zé)任公司、南通縱橫國(guó)際股份有限公司、南京第二機(jī)床廠、江蘇多棱數(shù)控機(jī)床股份有限公司、杭州友嘉機(jī)床集團(tuán)、武漢高科機(jī)械設(shè)備制造有限公司等。

　　這是華中數(shù)控系統(tǒng)在典型加工中心上的應(yīng)用實(shí)例：華中數(shù)控系統(tǒng)配套北京機(jī)電院VMC750E/BV75加工中心、華中數(shù)控系統(tǒng)配套安徽鴻慶DM4600加工中心、華中數(shù)控系統(tǒng)配套成都托普EVC750加工中心、華中數(shù)控系統(tǒng)配套大連機(jī)床集團(tuán)VDL600加工中心。

　　加工中心配備華中數(shù)控系統(tǒng)的主要用戶還有武漢協(xié)力精密制造有限公司，以及上海市工業(yè)技術(shù)學(xué)校、無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院、常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院、長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院等二十多所國(guó)家數(shù)控教學(xué)示范性實(shí)訓(xùn)基地。

　　通過(guò)本課題的研究、開(kāi)發(fā)、工程化、產(chǎn)業(yè)化，110多臺(tái)套配備華中數(shù)控系統(tǒng)的BV75、BV85、VMC750E等國(guó)產(chǎn)中檔加工中心，已經(jīng)在中華大地成功應(yīng)用，為社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮出重要的作用。本課題的研究成果也有力地證明了，國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù)控系統(tǒng)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，初步實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新，具有很強(qiáng)的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù)控系統(tǒng)完全有可能實(shí)現(xiàn)歷史性突破，像當(dāng)年的國(guó)產(chǎn)程控交換機(jī)一樣，從跨國(guó)企業(yè)手中奪回絕大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。