國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)突破 助力“中國制造2025”

　　《中國制造2025規(guī)劃》的推出，目的為為推動我國從制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，即到2025年步入制造強(qiáng)國行業(yè)，到2035年時趕超德國、日本。發(fā)展的過程需要數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)作為動力的源泉。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控裝備的“大腦”。數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)決定著數(shù)控機(jī)床的性能、功能、可靠性的關(guān)鍵因素。數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天以及軍事工業(yè)等領(lǐng)域，它決定一個國家制造業(yè)的發(fā)達(dá)程度，是決定一個國家在精密制造成就的制造的高尖技術(shù)。從制造大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國有很多途徑，大力發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)則是重要道路之一。

　　一、 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

　　我國對數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的研究起始于1958年，科研院、高校和少數(shù)機(jī)床廠開始了數(shù)控技術(shù)的研究，由于國內(nèi)電子元器件等相關(guān)技術(shù)落后，對其的特點(diǎn)、發(fā)展缺乏認(rèn)識，基礎(chǔ)薄弱，始終沒有大的突破，數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更是裹足不前。

　　改革開放后，“六五”、“七五”“八五”連續(xù)三個五年計劃，引進(jìn)國外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，消化和吸收，并組織科技攻關(guān)，利用先進(jìn)的數(shù)控裝置、主軸和伺服驅(qū)動等硬件技術(shù)，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展有了質(zhì)的飛躍，在吸收國外新進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)同時，我國自己的品牌逐步誕生，然而引進(jìn)不是最先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，與國外的競爭處于不利地位。“九五”期間是數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化階段，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，建立了數(shù)控研發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控專業(yè)人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。

　　近年來，隨著數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，國產(chǎn)系統(tǒng)中、低檔的性能、功能和可靠性已大幅提高，縮小了與國外的差距。從技術(shù)層面來看，國產(chǎn)中、低檔數(shù)控系統(tǒng)已基本能夠滿足國內(nèi)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)要求，國產(chǎn)高檔系統(tǒng)如五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)統(tǒng)也得到一定程度的發(fā)展。然而數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)上的突破并不等于市場上的突破。特別是在數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)正朝著智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的今天，日本發(fā)那科和德國西門子等國際廠商生產(chǎn)的能夠?qū)崿F(xiàn)多軸、多通道、高速和高精度切削、復(fù)合化加工的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)在市場上暢銷，而我國數(shù)控的產(chǎn)業(yè)化卻依然無法消除國內(nèi)用戶對國產(chǎn)系統(tǒng)可靠性的疑慮。尤其是在高端領(lǐng)域，國產(chǎn)的高檔數(shù)控系統(tǒng)只占年購買量的較低，大量的高性能系統(tǒng)仍然依賴進(jìn)口。

　　二、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)突破與未來

　　近年來，一些優(yōu)秀的國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)異軍突起，在中低檔經(jīng)濟(jì)普及型競爭激烈的市場中，國產(chǎn)系統(tǒng)的市場占有率逐年提高。高檔系統(tǒng)雖然與國外的系統(tǒng)有一定差距，但是在隨著關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)逐步突破，差距正在逐步縮小。

　　總線式數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)

　　總線處于設(shè)備的底層，有協(xié)議簡單、容錯能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn)，不僅能使系統(tǒng)與外部裝置之間高速傳輸大量的數(shù)據(jù)，從而滿足高精高速的加工需求，而且能簡化系統(tǒng)便于擴(kuò)展。為了實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)化，“數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟”制定了NCUC-Bus現(xiàn)場總線(Numerical Control Union of China-Bus中國數(shù)控聯(lián)盟總線)，現(xiàn)場總線在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，總線型數(shù)控系統(tǒng)成為目前中高檔數(shù)控系統(tǒng)的主流。

　　國內(nèi)主流的廠商都推出了自主研發(fā)的總線式數(shù)控系統(tǒng)。例如，華中8型全數(shù)字總線數(shù)控系統(tǒng)基于NCUC工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù);沈陽機(jī)床集團(tuán)的飛陽數(shù)控系統(tǒng)是一款基于總線技術(shù)和Linux平臺之上;大連光洋數(shù)控最新研發(fā)的新一代模塊化全數(shù)字總線開放式高檔數(shù)控系統(tǒng)，采用通用PC+PCI-GLINK控制卡+總線式一體化電機(jī)的硬件結(jié)構(gòu);廣州數(shù)控推出的高檔數(shù)控系統(tǒng)則配備了GSK-Link工業(yè)以太網(wǎng)總線作為數(shù)據(jù)控制通信通道實(shí)時控制。

　　圖1 華中HNC-848數(shù)控系統(tǒng)

　　開放的PLC編程數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)

　　數(shù)控系統(tǒng)的控制包括兩個方面:NC控制和PLC控制，除了對各軸的位置進(jìn)行連續(xù)控制外，機(jī)床輔助設(shè)備需要PLC控制。PLC控制是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，根據(jù)CNC內(nèi)部標(biāo)志以及機(jī)床的各控制開關(guān)、檢測元件、運(yùn)行部件的狀態(tài)，按照程序設(shè)定的控制邏輯對諸如刀庫運(yùn)動、換刀機(jī)構(gòu)、冷卻液等的運(yùn)行進(jìn)行控制。隨著國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的性能不斷的強(qiáng)大，對于PLC控制逐步開放，用戶可以根據(jù)加工需求對PLC進(jìn)行編輯，從而達(dá)到更高的加工效果。

　　多通道多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)

　　多軸聯(lián)動是定義一款系統(tǒng)是否為高端數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)尺之一，同時控制的軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的性能多強(qiáng)大，其加工的可以更加復(fù)雜，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在在經(jīng)濟(jì)普及型領(lǐng)域逐步占據(jù)市場主導(dǎo)，在多軸聯(lián)動方面已經(jīng)取得很多成就。多通道技術(shù)是高檔數(shù)控系統(tǒng)的重要功能，一個通道是一個完整的數(shù)控系統(tǒng)的控制功能，多通道則體現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大，能夠?qū)σ粋€零件的多個工序在同一臺數(shù)控機(jī)床上加工，將加工工藝并聯(lián)化，大大提高加工的精度和效率。多軸多通道是將數(shù)控系統(tǒng)中多個插補(bǔ)軸或定位軸分別分配在多個不同的通道在每個通道內(nèi)執(zhí)行不同的數(shù)控加工程序和進(jìn)行不同方式的數(shù)控機(jī)床操作。例如華中數(shù)控8型系列，大連光洋GNC60/61/62系列等都支持多軸多通道，雖然與國外多軸多通道數(shù)控系統(tǒng)在精度、可靠性、加工效率等性能方面有一定的差距，但是隨著更多品牌國產(chǎn)系統(tǒng)研究多軸多通道聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，將會延續(xù)經(jīng)濟(jì)普及型數(shù)控系統(tǒng)的成績。

　　圖2大連光洋GNC60/61/62系列數(shù)控系統(tǒng)

　　復(fù)合加工數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)

　　隨著加工零件越來越復(fù)雜，加工工藝和工序愈加繁多，復(fù)合加工逐漸成為復(fù)雜零件、高精密零件和難加工零件提供了先進(jìn)的解決方案，復(fù)合加工集多種工藝于一天，工件一次裝夾后可以完成大部分的加工，不僅減少裝夾的時間，更是加強(qiáng)了加工精度和效率，目前復(fù)合加工的集中程度不高，主要以車銑復(fù)合、車-磨復(fù)合、車削-激光加工中心等，多軸聯(lián)動、典型復(fù)雜零件加工，更多加工工藝的復(fù)合，將會是復(fù)合加工研究方向。

　　智能化數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)

　　數(shù)控系統(tǒng)由自動化向智能化發(fā)展是必然趨勢，智能化數(shù)控系統(tǒng)能智能感知加工條件和環(huán)境，并自行判斷和決策以適應(yīng)外界變化，進(jìn)而適應(yīng)柔性和高效生產(chǎn)的要求。智能化數(shù)控系統(tǒng)主要體現(xiàn)：操作智能化、加工智能化、維護(hù)智能化、管理智能化。國內(nèi)高端數(shù)控系統(tǒng)開始智能化的研發(fā)，采用了開放的體系結(jié)構(gòu)的飛陽數(shù)控系統(tǒng)體現(xiàn)了數(shù)控技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，其實(shí)現(xiàn)智能化的技術(shù)路線和途徑更加寬廣，同時也為客戶進(jìn)行二次開發(fā)提供了良好的手段。

　　圖3 飛陽數(shù)控系統(tǒng)

　　高可靠性數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)

　　數(shù)控機(jī)床的可靠性核心在于數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，幾年前，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性一直不理想，在加工過程中遇到意外情況概率較高，加工的精度得不到保證，電磁兼容性沒有得到很好的解決。數(shù)控機(jī)床的功能逐漸增多，對于數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要求也增加。隨著數(shù)控系統(tǒng)硬軟件的技術(shù)提升，如在CPU芯片，檢測軟件等方面性能加強(qiáng)，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得到很大的提高，無故障加工時間更是超過1萬小時。

　　國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展形成了“南北中西東”的布局。“東”有上海開通數(shù)控有限責(zé)任公司、南京華興數(shù)控設(shè)備有限責(zé)任公司、南京新方達(dá)數(shù)控有限公司、江蘇仁和新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司等;“南”有廣州數(shù)控設(shè)備有限公司、深圳珊星電腦有限公司;“西”有成都廣泰實(shí)業(yè)有限公司、綿陽圣維數(shù)控有限責(zé)任公司;“北”有北京凱恩帝、沈陽高精、大連光洋、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)有限公司、大連大森數(shù)控技術(shù)有限公司、北京凱奇數(shù)控成套有限公司。“中”有武漢華中數(shù)控股份有限公司。