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与国内外数控系统的比较

2011年7月,中国机床工具工业协会执行副理事长王黎明日前指出:中国95%的高档机床数控系统仍依赖进口,国内高档系统的自给率不到5%,其中日本成为主要的进口国,约占1/3。

在国际市场上,中、高档数控系统主要由以日本发那科公司、德国西门子公司为代表的少数企业所垄断,其中发那科占一半左右。

在国内市场上,主要规模生产企业有20多家,以华中数控、广州数控、大连大森、北京凯恩帝、南京华兴等5家企业为代表。

质量稳定性(可靠性)国内外存较大的差距
目前世界上的数控系统种类繁多,形式各异,组成结构上都有各自的特点。

这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。

例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。

对于T系统和M系统,同样也有很大的区别,前者适用于回转体零件加工,后者适合于异形非回转体的零件加工。

对于不同的生产厂家来说,基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响,在设计思想上也可能各有千秋。

例如,美国Dynapath系统采用小板结构,便于板子更换和灵活结合,而日本FANUC系统则趋向大板结构,使之有利于系统工作的可靠性,促使系统的平均无故障率不断提高。

然而无论哪种系统,它们的基本原理和构成是十分相似的。

一般整个数控系统由三大部分组成,即控制系统,伺服系统和位置测量系统。

控制系统按加工工件程序进行插补运算,发出控制指令到伺服驱动系统;伺服驱动系统将控制指令放大,由伺服电机驱动机械按要求运动;测量系统检测机械的运动位置或速度,并反馈到控制系统,来修正控制指令。

这三部分有机结合,组成完整的闭环控制的数控系统。

数控系统到目前为止共发展了六代,第一代是电子管数控系统,第二代是晶体管数控系统,第三代是集成电路数控系统,第四代是小型计算机数控系统,第五代是微型计算机数控系统,第六代是PC数控系统。

PC数控系统目前是最先进的结构体系,PC数控系统的发展,形成了PC嵌入NC的“NC+PC”结构和NC嵌入PC的“PC+NC”结构两大主要流派。

后者又正在演变成PC+I/O的“软件化”结构。

在NC+PC系统方面,起主导作用的是一些老的数控系统生产大厂。

因为他们在数控系统方面有着深厚的基础,为使所掌握的技术优势与新的PC化潮流相融合,因此走出了一条以传统数控平台为基础(完成实时控制任务),以流行PC为前端(完成非实时任务)的PC数控系统发展道路,并在商品化方面取得了显著成绩。

NC+PC系统的典型代表有日本FANUC 公司的18i、16i系统、德国西门子公司的840D系统、法国NUM公司的1060系统、美国AB公司的9/360系统等。

在PC+NC系统方面,主导公司是一些后起之秀。

由于他们没有历史包袱,因此彻底摆脱了传统NC的约束,直接站在PC平台基础上,通过增扩NC控制板卡(如基于DSP的运动控制卡等)来发展PC数控系统。

典型代表有美国DELTA TAU公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC系统、日本MAZAK公司用三菱公司的MELDASMAGIC 64构造的MAZA TROL 640系统、中国华中数控系列产品、航天数控系列产品、广州数控部分产品、南京四开公司产品等。

从目前的情况看,新推出的PC数控系统已越来越多地采用PC+NC结构,NC+PC结构的发展已呈下降趋势。

随着PC技术水平和数控软件设计水平的提高,PC+NC结构正逐渐发展成PC+I/O的软件化结构和PC+实时网络的分布式结构。

典型代表有美国MDSI公司的OPEN CNC、德国POWER AUTOMA TION公司的PA8000 NT、大连光洋公司、陕西华拓科技公司等系列产品。

常用的数控系统有发那科、西门子、三菱、广数、华中等数控系统。

发那科(FANUC)系统
FANUC系统在设计中大量采用模块化结构。

这种结构易于拆装、各个控制板高度集成,使可靠性有很大提高,而且便于维修、更换。

FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。

FANUC系统性能稳定,操作界面友好,系统各系列总体结构非常的类似,具有基本统一的操作界面。

FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用,对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高,因此适应性很强。

西门子(SINUMERIK)数控系统
SINUMERIK 不仅意味着一系列数控产品,其力度在于生产一种适于各种控制领域不同控制需求的数控系统,其构成只需很少的部件。

它具有高度的模块化、开放性以及规范化的结构,适于操作、编程和监控。

三菱(MITSUBISHI)数控系统
EZMotion-NC E60 内含64位CPU的高性能数控系统,采用控制器与显示器一体化设计,实现了超小型化;伺服系统采用薄型伺服电机和高分辨率编码器(131,072脉冲/转),增量/绝对式对应;由参数选择车床或铣床的控制软件,简化维修与库存;全部软件功能为标准配置;标准具备1点模拟输出接口,用以控制变频器主轴;可使用三菱电机MELSEC 开发软件GX-Developer,简化PLC梯形图的开发;可采用新型2轴一体的伺服驱动器MDS-R系列,减少安装空间;开发伺服自动调整软件,节省调试时间及技术支援之人力。

广州数控(GSK)系统(暂时没有支持5轴联动的系统)
中国南方数控产业基地,广东省20家重点装备制造企业之一,中国国家863重点项目《中档数控系统产业化支撑技术》承担企业,拥有中国最大的数控机床连锁超市和国内最大的数控系统研发生产基地。

GSK产品批量配套全国五十多家知名机床生产企业,是中国主要机床厂家数控系统首选供应商。

华中数控系统
华中数控系统采用了以工业PC机为硬件平台,DOS、Windows及其丰富的支持软件为软件平台的技术路线,使主控制系统具有质量好,性能价格比高,新产品开发周期短,系统维护方便,系统更新换代和升降快,系统配套能力强,系统开放性好,便于用户二次开发和集成等许多优点。

华中数控系统在其操作界面,操作习惯和编程语言上按国际通用的数控系统设计。

国外系统所运行的G代码数控程序,基本不需修改,可在华中数控系统上使用。

但是,华中数控系统采用汉字用户界面,提供完善的在线帮助功能,便于用户学习和使用。

系统提供类似高级语言的宏程序功能。

具有三维仿真校验和加工过程图形动态跟踪功能,图形显示形象直观。

操作、使用方便容易。

与SIMENSE和FANUC的普及型数控系统相比较,华中数控系统在功能上毫不逊色,在价格上更为低廉,在维护和更新换代方面更为方便,但在外观和可靠性方面略差。

当前,国产五轴联动数控机床在品种上已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心,适应不同大小尺寸的杂零件加工,加上五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等的开发,基本涵盖了国内市场的需求。

精度上,北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ25HMC40 卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160 卧式镗铣加工中心都具有较高的精度,可与发达国家的产品相媲美。

在产品市场销售上,江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品已获得国内市场的认同。

国产5轴联动系统:
(1)华中8型全数字总线式高档数控系统并已纳入国家中长期发展规划的“高档
数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项,具有多通道、多轴联动、高速高精加工能力,适
应于数控车、铣、车削中心、立式卧式加工中心、车铣复合、5轴龙门机床等大型、重型、高速、
精密数控机床以及各种专用加工设备。

“华中8型”与普什宁江机床有限公司的高精密卧式加工中
心配套,满足机床的高精度控制要求,该机床参加了2011年3月中央组织的“十一五”国家重大
科技成就展,是现场展出的唯一一台高档数控机床。

(2)大连光洋系统GNC09目前是世界上高档数控系统硬件结构最少、体系结构最先进的
系统。

GNC09光纤总线开放式高档数控系统集NC、PLC、HMI、机床键盘、系统键盘于一体,
系统与伺服之间采用以光纤为介质的GLINK全数字总线方式进行连接,配合模块化伺服驱动
结构,实现了安全、可靠、最少化的布线。

GNC09光纤总线开放式高档数控系统的核心部件
NCU,它集成了数控系统和PLC的控制,包括相应的数控软件和PLC控制软件,并带有手轮
及测量接口、IO扩展接口、USB、以太网等设备总线接口,通过设备总线接口可实现工厂集成
控制。

双通道五轴联动控制,各通道RTCP、3D刀具补偿,车铣复合控制,倾斜轴加工,双主轴同期
控制,高精度轮廓加工,可实现全闭环绝对值控制,NURBS样条、螺旋线、渐开线插补。

基于工业PC的高性能、高可靠性、低成本的数控系统
高度可配置的积木式结构设计,软件配置灵活
可实时监控的内装式可编程机床逻辑
适合用户编程的中/英文菜单界面
可扩展的外围操作站,使操作更具有人性化
符合IEC 61000-4电磁兼容标准
参考资料:
[1] /xxinfo_130780.html中国数控信息网2011年7月7日
[2] /jdnews/326775.html机电在线路2011-07-19
[3] 百度百科“数控系统”
[4]/news/message/163884.html国内CCMT2008国产化五轴联动数控机床统计。

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