如何提高國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在機床數(shù)控再制造中的應用

1、如何提高國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在機床數(shù)控再制造中的應用武漢華中數(shù)控股份有限公司一.機床數(shù)控化再制造的重要意義以數(shù)控機床為代表的"工作母機"，是數(shù)字化控制技術和精密制造技術的結晶，是先進制造裝備 的典型代表。近幾年來，國產(chǎn)高精度機床、數(shù)控機床和大型機床雖然產(chǎn)量增長迅速，但由于基數(shù)太 小而在機床產(chǎn)品中所占的份額依然不高。與此同時，我國機床的數(shù)控化率還很低。根據(jù)中國機床工 具協(xié)會提供的統(tǒng)計資料，20002006年，我國設備生產(chǎn)廠共生產(chǎn)數(shù)控設備29.04萬臺，出口約3萬臺，銷售到國內為 26.04萬臺；共進口數(shù)控設備 2.2萬臺。2007年生產(chǎn)數(shù)控機床超過12萬臺。 另外，在“十五”期間更新

2、改造約10萬臺數(shù)控設備，再加上 2000年前我國約保有數(shù)控設備近 9萬臺，由此估計我國目前數(shù)控設備保有量約77萬臺左右。目前，我國數(shù)控化率整體呈逐年遞增趨勢，據(jù)統(tǒng)計，我國的數(shù)控化率已由1992年的3.2 %遞增到2005年13.3%。不過，與日本、美國、德國等發(fā)達國家 60%70%的產(chǎn)量數(shù)控化率和 80%90%的產(chǎn)值數(shù)控化率相比，我國設備產(chǎn)品的數(shù)控化率水平還顯得太低。雖然目前我國的機床保有量近700萬臺，已成為世界上機床保有量最大的國家，但機床整體水平仍然比較落后，很多 20世紀80年代以前的產(chǎn)品仍在超期服役，難以滿足加工精度的要求。據(jù)統(tǒng) 計，目前役齡10年以上的機床占60%以上，這些機床在未

3、來 510年都可能面臨大修提升甚至功 能性報廢或技術性淘汰，從而形成相當規(guī)模的可循環(huán)利用的再制造潛在資源。若按3%勺年機床報廢淘汰率進行估算，每年將有近20萬臺機床面臨報廢、閑置、技術性或功能性淘汰，約占每年生產(chǎn)新機床產(chǎn)量（40萬50萬臺）的一半左右，“十一五”期間將有近 100萬臺機床面臨各種形式的報廢，這不僅為再制造帶來機會，更對再制造和提升提出需求。此外，我國的許多精密機床及大（重）型機床主要依賴于進口。據(jù)不完全統(tǒng)計，19791988年，全國引進技術改造項目就有18446項，約達165.8億美元。這些重大機床設備的價格極其昂貴，從2001年開始陸續(xù)面臨報廢，這些即將報廢的老舊機床都將轉入

4、機床再制造的行列。對普通機床和老化的數(shù)控機床進行數(shù)控化再制造，不僅可以達到與購置新機床同樣的效果：提高零件加工質量和生產(chǎn)率，縮短產(chǎn)品制造周期，改善工作環(huán)境；而且還可以減少資金投入，和購買新機床相比，可以節(jié)省 50%A上的資金。如一套經(jīng)濟型數(shù)控化再制造機床的價格僅為相同功能新數(shù) 控機床的1/5 1/3 ?？傊?，機床數(shù)控化再制造在我國現(xiàn)階段具有非常重要的意義，可以充分利用舊設備資源，以較 小的代價獲得性能先進的數(shù)控機床，提高加工效率和加工質量；可全面提升企業(yè)現(xiàn)有機床性能，有 效提高企業(yè)加工制造能力。同時，還將在我國形成新興的機床再制造與服務產(chǎn)業(yè)，具有重要的經(jīng)濟、 社會和環(huán)境效益。60年代以來，我國

5、重大工程項目，進口和自制了一大批大型、重型設備。數(shù)控化改造對重型、 大型機床的改造，尤其有意義：節(jié)約的資金多，老機床的機械經(jīng)過了多年的時效，穩(wěn)定性好。舉長 動50年前的俄羅斯10米臥車作為例子（圖片）。改革開放以來，我國進口了一大批數(shù)控機床，大部分機床已經(jīng)使用了10-30年。其機械本體和精度保持完好，數(shù)控系統(tǒng)等電氣部分嚴重老化，急需改造。國外的備件已停產(chǎn)，買不到。全換新的又太昂貴，就算改造了， 10年后還要改造。以包頭一機的北方奔馳數(shù)控車間為例。（找劉積國了解情況）80年代以來，我國生產(chǎn)了大批采用步進電機控制的經(jīng)濟型數(shù)控機床，由于步進系統(tǒng)精度低、 丟步，系統(tǒng)不可靠，大量趴窩。有必要改造。在當前

6、的經(jīng)濟形勢下，節(jié)約設備投資，尤其重要。二.數(shù)控系統(tǒng)在機床數(shù)控化再制造中的重要作用一項具體的機床數(shù)控化再制造工程的主要工作內容包括機械與電氣改造兩個方面，主要是：機 床機械精度的恢復和提升、運動精度的恢復與提升、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的選取、輔助裝置的選取， 以及整機調試、機床檢驗等方面內容。其中，數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的選擇和使用是直接影響工程效 益的關鍵。機床數(shù)控化再制造的幾項內容簡述如下：1 .精度恢復和機械傳動都分的改進隨機床使用役齡的增加，機床的機械傳動部件，如導軌、絲杠、軸承等都有不同程度的磨損。因此，機床再制造過程中的首要任務是對機床進行類似于通常的機床大修，以恢復機床精度，達到 新機床的

7、制造標準，因此，機床數(shù)控化再制造可以結合機床的大修來進行，但機床數(shù)控化對機床精 度的要求與普通機床的大修是有區(qū)別的，即整個機床精度的恢復與機械傳動部分的改進，都要為滿 足數(shù)控機床的結構特點和數(shù)控自動加工的要求來進行，并應具有批量大修的特征。2 .選定數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)根據(jù)要進行數(shù)控化再制造機床的控制功能要求，選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)是至關重要的。由于數(shù)控 系統(tǒng)是整個數(shù)控機床的指揮中心，在選擇時除了考慮各項功能滿足要求外，還一定要確保系統(tǒng)工作可靠性。一般以性能價格比來選取，并且適當考慮售后服務和故障維修等有關情況。如選用企業(yè)內 已有數(shù)控機床中相同型號的數(shù)控系統(tǒng)，將對今后操作、編程、維修等都帶來較大的方

8、便。伺服驅動 系統(tǒng)的選取，也按再制造數(shù)控機床的性能要求決定。若采用同一家公司配套供應的數(shù)控系統(tǒng)和伺服 驅動系統(tǒng)，再制造產(chǎn)品的質量和維修更容易得到保證。3 .數(shù)控機床輔助裝置的選取在機床數(shù)控化再制造過程中，要根據(jù)機床的控制功能選取輔助裝置。如選取四方或六角電動換 刀架來實現(xiàn)刀具自動轉換功能，刀位數(shù)的選擇主要按被加工工件的工藝要求決定。由于大部分數(shù)控 機床的輔助裝置目前在國內已有不少生產(chǎn)廠家配套供應，所以選取后即可按其產(chǎn)品說明書在機床相 應位置上進行安裝、調整。4 .電控柜的設計和制作由于普通機床的電器控制功能要求與數(shù)控機床不一樣。所以在對舊機床進行機床數(shù)控再制造時， 原機床的電器控制部分一般只能

9、報廢，重新按數(shù)控化再制造要求進行設計制作。強電控制部分的線 路設計，主要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)輸入、輸出接口的功能和控制要求來進行。數(shù)控機床的強電控制部分設 計中要特別注意的是，數(shù)控系統(tǒng)各接口信號的特點和形式要相配，并且在設計過程中應盡量簡化強 電控制線路。三.國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在機床數(shù)控再制造中的優(yōu)勢數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心部件，其技術水平直接影響數(shù)控機床的性能質量和使用效率，對于 提高機床數(shù)控化再制造的成功率和經(jīng)濟效益具有非常重要的意義。目前，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)性能和可靠 性已經(jīng)達到較高水平。與國外同檔次產(chǎn)品相比，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)具有很好的性能價格比。因此，國產(chǎn) 數(shù)控系統(tǒng)在機床數(shù)控化再制造中具有很好的優(yōu)勢。1 .國

10、產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)占領大部分國內市場。（用些照片）目前，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了明顯進步。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)適應我國市場的實際使用水平和機床制造企業(yè)數(shù)控技術配套要求，得到了快速發(fā)展，占據(jù)國內經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)市場份額95%以上，已形成規(guī)模優(yōu)勢，主導了國內經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的市場。國產(chǎn)普及型數(shù)控系統(tǒng)的功能、性能不斷 改善，價格和服務方面還有較大優(yōu)勢，可靠性與國外系統(tǒng)的差距也已顯著縮小，并且具備全數(shù)字交 流伺服驅動系統(tǒng)和主軸伺服驅動系統(tǒng)等配套能力，在數(shù)控銃床、加工中心等中檔數(shù)控機床得到批量 配套應用。國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)研制取得了突破，我國已部分掌握高檔數(shù)控系統(tǒng)的核心技術，也開發(fā) 了一些高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，并在軍工企

11、業(yè)得到了實際應用，打破了國外技術封鎖。例如，華中數(shù)控中檔、高檔數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了與裝備制造企業(yè)的批量配套，已經(jīng)有60多臺5軸 以上聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)在航空、船舶、電力、汽車等領域的許多重點企業(yè)成功應用。華中數(shù)控和桂林機床合作生產(chǎn)的全國產(chǎn)XK2136-5X五軸聯(lián)動數(shù)控龍門銃床被我國南昌飛機制造廠采購，成為我國大型航空制造企業(yè)選用的首臺配套國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的高檔數(shù)控機床。2002年至今，無錫神龍洛林精密機械有限公司已經(jīng)訂購了配華中數(shù)控系統(tǒng)的五臺五軸聯(lián)動數(shù)控機床和一臺四軸聯(lián)動數(shù)控銃床， 用于大型葉輪和各種增壓器渦輪的制造。（這里主要強調國產(chǎn)的市場份額。華中系統(tǒng)在大連、沈陽批量配套及現(xiàn)場照片?？煽啃杂泻艽筮M

12、步,）2 .國產(chǎn)中檔、高檔數(shù)控系統(tǒng)在技術上完全滿足中高檔機床的數(shù)控再制造（此部分簡化。把“四.華中數(shù)控系統(tǒng)適合于機床數(shù)控再制造的特點”內容和上面高檔數(shù)控系統(tǒng)的應用案例合并到這里）目前，國產(chǎn)中檔、高端數(shù)控系統(tǒng)在技術指標上已經(jīng)接近或達到國外數(shù)控系統(tǒng)的性能指標。例如:華中數(shù)控HNC-28 HNC-32數(shù)控系統(tǒng)在某些關鍵技術及性能指標上已接近或達到國外最先進的Simens 840D Fanuc 30i等高檔數(shù)控系統(tǒng)的水平。主要性能指標對比如下：序號功能HNC-32Simens 840DFanuc 30i1.最大通道數(shù)410102.最大控制軸數(shù)3232403.最大聯(lián)動軸數(shù)（每通道）924244.最小插補

13、周期0.5ms0.25ms0.25ms5.系統(tǒng)分辨率1nm1nm1nm6.最大運動速度200m200m1000m7.總線接口EtherCNCProfibusFSSB8.小線段、多項式、樣條插補有有有9.車銃復合有有有10.加工過程實時仿真實體+線框無有11.五軸RTC呦能有有有12.五軸傾斜面功能無有有13.會話式編程有有有14.機床變形補償無有有15.過象限誤差補償有有有16.空間誤差補償有有有17.二次開發(fā)接口有有有18.恒切削力自適應有無無華中HNC-21/22、HNC-210A/B/C中檔數(shù)控系統(tǒng)技術水平高于國外主流產(chǎn)品SIEMENS810份口Fanuc 0i。主要性能指標對比如下：序

14、號功能HNC-21/22、HNC-210A/B/CSimens 810DFanuc 0iM1最大控制軸數(shù)8442最大聯(lián)動軸數(shù)6443系統(tǒng)分辨率1um1 um1 um4取大進給速度24m/min16m/min16m/min5小線段、樣條插補有有有6過象限誤差補償有有有7加工過程實時仿真實體+線框無無8五軸RTC呦能有無無9會話式編程有無無10空間誤差補償1J無無11二次開發(fā)接口有無無12恒切削力自適應有無無總之，國產(chǎn)中檔、高檔數(shù)控系統(tǒng)與國外數(shù)控系統(tǒng)相比，在相同檔次、相同配置、相同訂貨批量、 相同付款條件及穩(wěn)定的匯率情況下，在功能和配置方面遠優(yōu)于國外普及型數(shù)控系統(tǒng)。特別是在多軸 聯(lián)動、三維圖形顯示

15、、動態(tài)仿真、大容量程序內存、雙向螺距補償、漢字界面、網(wǎng)絡功能、開放體 系結構、TFT彩色薄形顯示器等配置方面，已達到國外高檔系統(tǒng)（如 FANUC-18 SIMENSE-840的 水平。3 .國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在機床數(shù)控化再制造中的優(yōu)勢。（服務、升級、價格等）機床數(shù)控化再制造工程的主要目的是：提高零件加工質量和生產(chǎn)率，縮短產(chǎn)品制造周期，改善 工作環(huán)境；同時減少資金投入，和購買新數(shù)控機床相比，大大節(jié)省資金。因此，要求數(shù)控系統(tǒng)具有 較低的價格和可靠的性能，而國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在這方面具有很大的優(yōu)勢。例如：華中數(shù)控生產(chǎn)的中檔數(shù)控系統(tǒng)與國外中檔數(shù)控系統(tǒng)（如 FANUC-0 SIMENSE-802D相比 價格很有優(yōu)勢

16、。例如，以國外三軸聯(lián)動銃削數(shù)控系統(tǒng)為例，國外數(shù)控系統(tǒng)批量訂貨（10臺以上）的價格通常為79萬元（CNCII元和三個伺服）。而在同樣商務條件下，功能和配置更優(yōu)的華中世 紀星數(shù)控系統(tǒng)價格約為 34萬元。其價格優(yōu)勢為 45萬元左右。若國內用戶真正能象訂購國外系 統(tǒng)一樣，按同樣的批量、同樣的付款條件，購買華中數(shù)控系統(tǒng)，則價格可以降到國外的4050%國外廠家對于某一種特定配置、基本功能的系統(tǒng)價格定得較低，以吸引用戶，給用戶造成價格 便宜的錯覺。一旦用戶提出新的配置、新的功能要求，則價格大幅度提高。如將數(shù)控系統(tǒng)的各種功 能設置為選件，一旦用戶提出要求，則要價很高。如FANU做控系統(tǒng)的刀具半徑補償（還分為刀

17、補B、刀補C）、圖形顯示、宏程序等這些數(shù)控機床常用功能，作為選擇功能，其價格在幾千到一萬多 元不等。又如，若用戶需要增加網(wǎng)絡功能，則要加價近萬元。以沈陽某機床集團使用的幾種國內外數(shù)控系統(tǒng)為例，說明國內外數(shù)控系統(tǒng)價格的區(qū)另1J:序號機床規(guī)格供應商名稱數(shù)控系統(tǒng)型號單套價格（單位：元）CAK4085D數(shù)控車床北京發(fā)那科37300;西門子廣州數(shù)控華中數(shù)控VMC1165嗽控銃床北京發(fā)那科機132000;西門子廣州數(shù)控華中數(shù)控TH6563加工中心北京發(fā)那科155000;西門子廣州數(shù)控華中數(shù)控此表可以不要。四.華中數(shù)控系統(tǒng)適合于機床數(shù)控再制造的特點華中數(shù)控系統(tǒng)具有以下幾項特點，非常適合于機床數(shù)控再制造。即：

18、產(chǎn)品規(guī)格齊全，可以提供 高檔、中檔、普及型三個檔次的數(shù)控系統(tǒng)；產(chǎn)品配套能力強，具有從數(shù)控單元到數(shù)控裝置全套配套 能力；數(shù)控系統(tǒng)運行安全可靠，軟件功能齊全、編程簡化方便、操作直觀宜人。多年來，許多用戶 選用華中數(shù)控系統(tǒng)用于機床數(shù)控再制造，取得了很好的經(jīng)濟效益。他們反映“在機床數(shù)控再制造運 用華中數(shù)控系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢。不是簡單的換腦袋，而是使機床性能大大提 高，舊貌換新顏！ ”。華中數(shù)控系統(tǒng)系列產(chǎn)品以下是華中數(shù)控系統(tǒng)適合于機床數(shù)控再制造的幾個特點：1 .產(chǎn)品規(guī)格齊全；世紀星系列數(shù)控裝置產(chǎn)品包括：HNC-18i/18xp/19xp系列、HNC-21/22系列、HNC-210A/B

19、/C系列、HNC-28/32系列。統(tǒng)一的基于 PC的開放式體系結構，通道數(shù)從1個到4個，控制軸數(shù)從2軸到32軸，聯(lián)動軸數(shù)從2軸到9軸，液晶顯示屏從 5.4 口寸到15 口寸。滿足用戶從普及型到高檔型的 需求。2 .產(chǎn)品配套能力強；華中數(shù)控可以為用戶提供數(shù)控系統(tǒng)全套解決方案，可以提供先進的全數(shù)字交流伺服和主軸驅動單元、電主軸驅動單元、力矩電機和交流伺服電機系列，配套能力在國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)中位居前列。全數(shù)字交流伺服驅動單元產(chǎn)品包括：HSV-18D HSV-160、HSV-162、HSV-16系列，主軸驅動單元產(chǎn)品：HSV-18S系列。伺服驅動 3000r/min ,主軸驅動最大轉速 40000r/mi

20、n 。數(shù)字交流伺服驅動交流伺服電機包括：GK6系列交流伺服電機，轉矩范圍從1.1NM到70NM GM7系列伺服主軸電機，功率范圍從 2.2KW至ij 100KW最高車t速9000 r/min 。特種交流伺服電機，可在 -40C+60C內 工作，交流伺服電機防護等級達到IP66。系統(tǒng)軟件功能豐富、實用可靠3 .系統(tǒng)軟件功能豐富、實用可靠華中數(shù)控具有豐富可靠的軟件功能，非常適合于機床數(shù)控再制造。1）數(shù)控機床快速調試技術誤差標定裝置，通過設計專用夾具和相應軟件，實現(xiàn)數(shù)控 機床誤差快速測量系統(tǒng)。簡單設置參數(shù)后，由軟件自動生成測 量程序；利用光柵尺快速測量實際位置，與指令位置比較，得 到誤差。根據(jù)選擇評價標準自動輸出評價結果，并生成相應的 誤差補償文件，通過網(wǎng)絡或者串口傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，快速實現(xiàn)誤差補償。2）加工負荷自適應控制通過對加工負荷的監(jiān)控，實時調整進給速度和主軸轉速，可保證加工過程的安全，提高加工效 率。開發(fā)的自適應控制裝置