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国产数控系统的开发及其在中档加工中心上的应用

　普及型中档数控系统是我国机床市场需求的主体，也是数控机床产业结构优化的基础。当前，国产数控系统产业面临着十分严峻的形势，国内80%以上中高1档数控系统和数控机床依赖进口，数控系统产业发展的严重滞后，已经成为制约我国制造业发展的瓶颈。

　　由武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司承担的科技部863课题《国产数控系统的开发及其在中档加工中心上的应用》，通过对三轴及三轴以上加工中心关键技术的研究、中试和与国产中档加工中心的批量配套，使国产数控系统的功能、性能和可靠性达到了国际同类产品先进水平，排刀数控车床价格，为国产中档数控加工中心的规模化生产奠定了基础。

　　一、创新的技术路线与研究成果

　　《国产数控系统的开发及其在中档加工中心上的应用》课题，瞄准国外数控系统和加工中心的先进水平，采用创新的技术路线：以软代硬、简化硬件，**产品的品质；*二，建立开放式平台、适应用户个性化要求；*三，技术成套，降低成本，提高竞争力；*四，坚持将阶段研究成果迅速工程化，开发出适应于市场发展的数控系统新产品。在数控系统关键部件与加工中心主机一体化设计、开发和生产工艺体系方面，取得了六个方面的重大突破。

　　·高品质、高性能、高集成的世纪星HNC-21/22数控系统

　　华中世纪星HNC-21/22系列数控系统采用先进的开放式体系结构，内置高性能32位嵌入式工业PC，数控单元集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、PLC接口、网络通讯接口于一体，具有高性能、配置灵活、结构紧凑、可靠性高的特点。可控制6个进给轴，较1大联动轴数为6轴，可与数控车、车削中心、数控铣、加工中心、数控专机、车铣复合机床等机床配套。

　　·HSV-16D全数字交流伺服驱动单元

　　HSV-16D全数字交流伺服驱动单元将电源模块和驱动模块集成为一体，采用较1新运动控制**数字信号处理器(DSP)、大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA)和智能化功率模块(IPM)等当今较1新1技术设计，具有结构小巧、造型美观、使用方便、可靠性高等特点。

　　·HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动单元

　　HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动单元采用AC380V电源直接输入，省去了常用的伺服变压器，具有结构紧凑、控制灵活、使用方便、可靠性高的特点。HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动单元还具有较高的加减速响应性能和较宽的功率选择范围，可根据需求形成高可靠、高性能的交流主轴驱动系统。

　　·GK6交流永磁同步伺服电机

　　GK6交流永磁同步伺服电机采用高性能稀土永磁材料形成气隙磁场，由脉宽调制变频器控制运行，具有良好的力矩特性和宽广的调速范围。GK6系列电机采用自冷式，防护等级为IP64-IP67，GK6系列电机具有较宽的电网波动适应性，可广泛应用于数控机床的运动控制领域。

　　·GK7系列交流伺服主轴电机

　　GK7系列交流伺服主轴电机采用F级特殊绝缘结构及整机加工和高精度动平衡工艺，可与国内外各类高、中、低档交流伺服主轴驱动模块配套，进行闭环控制运行，可获得较高的运行特性。

　　·加工中心与数控系统的优化配套技术

　　在加工中心与数控系统配套技术方面，采用了先进的圆弧插补的过象限反向尖峰补偿技术，排刀数控车床供应，可进行数控系统的动态特性测试、伺服驱动系统的动态特性测试，具有蓝图编程功能、故障诊断功能、后台编辑功能和加工中心的PLC程序的模块化。

　　二、先进的生产质量**体系

　　利用先进的技术提高产品的性能质量，是推广应用国产数控系统的关键。课题承担单位武汉华中数控股份有限公司是国内数控系统生产的**企业，拥有现代化的生产基地，先进的数控系统、伺服驱动装置生产线和数控电柜装配车间，具备建立了年产各类数控系统5000台套的生产能力。为解决数控系统功能、性能稳定性的关键技术，本课题组重点做了如下工作：

　　建立先进的生产质量**体系

　　建立了达到国家标准规定检测能力的质量检测中心，配置了先进的电磁兼容性和可靠性检测仪器设备150多台，如快速瞬变脉冲群1发生器、雷击浪涌脉冲发生器、静电放电检测仪、振动试验台、冲击试验台、高温运行实验室和高低温环境实验室等。通过这些有效的检测仪器和检测手段，对产品的结构、工艺等方面进行了改进，并在产品生产过程中强化质量控制，建立了ISO9001质量保证体系，大大提高了产品的质量。

　　第二、开展了数控系统的可靠性设计。

　　数控装置的设计采用标准化、模块化、规范化的设计方案，设计尽量采用标准的和互换性好的元器件和零部件，充分考虑工艺性、操作性、测试、包装、贮存、运输和维修等各种环境对数控装置的影响；严格元、器件的筛选工艺和装配工艺，元、器件全部使用工业级接插件，把好电路板焊接等环节的质量关。

　　数控系统软开发采用**的工具进行项目管理，做到设计、修改可重现、可记录、可追溯;制定软件版本管理方法、安装工艺和检查工艺，杜绝软件使用的随意性和不可控制性；对软件产品把好设计、调试、集成多道测试程序关，排刀数控车床报价，保证软件产品的正确性和可检查性。

数控机床如何选用数控系统

数控系统包括数控装置，进给驱动（进给速度控制单元和伺服电机）、主轴驱动（主轴速度控制单元和主轴电机）和检测元件。选用数控系统时应包括以上内容。

　　1.数控装置的选择

　　（1）类型的选择

　　根据数控机床类型选择相应的数控装置，一般来说，数控装置有适用于车、钻、镗、铣、磨、冲压、电火花切割等加工类型，应有针对性的进行选择。

　　（2）性能的选择

　　不同的数控装置，其性能高低差别很大，入控制轴数有单轴，2轴，3轴，4轴，5轴，甚至10多轴，20多轴；联动轴数有2轴或3轴以上，南阳排刀数控车床，较1高进给速度有10m/min，15m/min，24m/min，240m/min；分辨率有0.01mm，0.001mm，0.0001mm。这些指标不同，价格亦不同，应根据机床实际需要，如一般车削加工选用2轴或4轴（双刀架）控制，平面零件加工选用3轴以上联动。不要追求较1新较1高水平，应合理选择。

　　（3）功能的选择

　　一个数控系统有很多功能，包括基本功能----数控装置*功能；选择功能---供用户选择的功能。选择功能有的是为了解决不同的加工对象，有的为了提高加工质量，有的为了方便编程，有的为了改善操作和维修性能。有的选择功能是相关的，选择这项还必须选另一项。因此要根据机床的设计要求来选择，不要不加分析，选择功能过多步骤，而把相关功能漏订，使数控机床功能降低，造成不必要的损失。

　　选择功能中的可编程序控制器有内装和独立型两种。较1好选用内装型，它有不同型号，首先要根据数控装置与机床之间的输入输出信号点数来选择。选用的点数要笔实用点数稍多一些，一杯可能追加和变更控制性能的需要。其次要估计顺序程序规模选择存储容量。程序规模随着机床复杂程度的增加，存储容量也随着增大，要根据具体情况合理选择。还有处理时间、指令功能、定时器、计数器、内部继电器等技术规格，数量也应满足设计要求。

　　（4）价格的徐泽

　　不同国家、不同的数控装置制造厂家，生产的不同规格产品，价格上有很大差异，应在满足控制类型、性能、功能选择的基础上，综合分析性能价格比，选择性能价格比高的数控装置，以便降低成本。

　　（5）技术服务的选择

　　在选择符合技术要求的数控装置时，还要考虑到生产厂家的信誉，产品使用说明等文件资料是否齐全，能不能给用户培训编程、操作和维修人员。有无专门的技术服务部门，长期提供零备件和及时的维修服务，以利发挥技术经济效益。

　　2.进给驱动的选择

　　（1）**选用交流伺服电机，因为它与直流电机比较，转子惯量小，动态响应好，输出功率大，转速高，结构简单，成本较低，应用环境不受限制。

　　（2）通过正确计算加在电机轴上的负载条件来选择合适规格的伺服电机。

　　（3）进给驱动制造厂家对生产的进给速度控制单元和伺服电机提供系列的成套产品，所以当选好伺服电机之后，由产品说明书选用相应的速度控制单元。

　　3.主轴驱动的选择

　　（1）**选用主流主轴电机，因为它没有像直流主轴电机那样的换向、高转速和大容量的限制，恒功率调速范围大，噪声低，价格便宜。目前国际上已有85%数控机床采用交流主轴驱动。

　　（2）按下列原则选择主轴电机：

　　①根据不同的机床计算出切削功率，所选电机应满足这个要求；②根据要求的主轴加减速时间，计算出电机功率不应**过电机的较1大输出功率；③在要求主轴频繁起、制动的场合、必须计算出平均功率，其值不能**过电机连续额定输出功率；④在要求恒表面受到控制的场合，则恒表面速度控制所需的切削功率和加速所需功率两者之和，应在电机能够提供的功率范围之内。

　　（3）主轴驱动制造厂家对生产的主轴速度控制单元和主轴电机提供系列的成套产品，所以当选好主轴电机之后，由产品说明书选用相应的主轴速度控制单元。

　　（4）需要主轴作定向控制时，根据机床实际情况，选用位置编码器或磁性传感器来实现主轴定向控制。

　　4.检测元件的选择

　　（1）根据数控系统位置控制方案，对机床直线位移采用直接或间接测量，而选用直线型或旋转型检测元件。目前数控机床广泛采用半闭环控制，选用旋转型角度测量元件（旋转变压器、脉冲编码器）

　　（2）根据数控机床要求检测精度还是速度，选用位置或转速检测元件（测试发电机、脉冲编码器）。一般来说，大型机床以满足速度要求为主，高精度、中小型机床以满足精度为主。选择检测元件其分辨率一般要比加工精度高一个数量级。

　　（3）目前数控机床较常用的检测元件是光电脉冲编码器，它根据数控机床的滚珠丝杠螺距、数控系统的较1小移动但闻、指令倍率和检测倍率等来选用相应规格的脉冲编码器。

　　（4）选择检测元件时，要考虑到数控装置有相应的接口电路。