国产数控系统助力智能制造

　　数控系统是数控装备的大脑。数控系统决定着数控机床的性能、功能、可靠性的关键因素。数控系统广泛应用于汽车、航空航天以及军事工业等领域，它决定一个国家制造业的发达程度，是决定一个国家在精密制造成就的制造的高尖技术。从制造大国转变为制造强国有很多途径，大力发展数控系统则是重要道路之一。

一、国产数控系统发展

　　我国对数控系统的研究起始于1958年，科研院、高校和少数机床厂开始了数控技术的研究，由于国内电子元器件等相关技术落后，对数控系统的特点、发展缺乏认识，基础薄弱，国产数控系统的研究始终没有大的突破，数控产业的发展更是裹足不前。

　　改革开放后，六五、七五八五连续三个五年计划，引进国外技术，消化和吸收，并组织科技攻关，利用先进的数控装置、主轴和伺服驱动等硬件技术，国产数控系统的发展有了质的飞跃，在吸收国外数控系统新进技术的同时，我国自己数控系统的品牌逐步诞生，然而引进不是最先进技术，与国外数控系统的竞争处于不利地位。九五期间是数控系统产业化阶段，基本掌握了现代数控技术，建立了数控研发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。

　　近年来，国产中、低档数控系统的性能、功能和可靠性已大幅提高，与国外的差距也不断缩小。从技术层面看，国产中、低档数控系统已基本能够满足国内生产数控机床的技术要求，国产高档数控系统如五轴联动数控系统也实现了零的突破。然而技术上的突破并不等于市场上的突破。特别是在数控系统正朝着智能化、开放式、网络化方向发展的今天，日本发那科和德国西门子等国际数控系统厂商生产的能够实现多轴、多通道、高速和高精度切削、复合化加工的数控系统已经在市场上畅销，而我国数控系统的产业化却依然无法消除国内用户对国产数控系统可靠性的疑虑。尤其是在高端数控系统领域，国产的高档数控系统只占年购买量的较低，大量的高性能数控系统仍然依赖进口。

二、国产数控系统突破与未来

　　近年来，一些优秀的国内数控系统制造企业异军突起，在中低档经济普及型竞争激烈的市场中，国产数控系统的市场占有率逐年提高。高档数控系统虽然与国外的系统有一定差距，但是在随着关键技术逐步突破，差距正在逐步缩小。

　　总线式数控系统

　　总线处于设备的底层，有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点，总线式数控系统不仅能使数控系统与外部装置之间高速传输大量的数据，从而满足高精高速的加工需求，而且能简化数控系统便于扩展。为了实现国产数控系统现场总线的标准化，数控系统现场总线技术标准联盟制定了NCUC-Bus现场总线（Numerical Control Union of China-Bus中国数控联盟总线），现场总线在数控领域的应用日趋广泛，总线型数控系统成为目前中高档数控系统的主流。

　　国内主流的数控系统厂商都推出了自主研发的总线式数控系统。例如，华中8型全数字总线数控系统基于NCUC工业现场总线技术；沈阳机床集团的飞阳数控系统是一款基于总线技术和Linux平台之上的数控系统；大连光洋数控最新研发的新一代模块化全数字总线开放式高档数控系统，采用通用PC+PCI-GLINK控制卡+总线式一体化电机的硬件结构；广州数控推出的高档数控系统则配备了GSK-Link工业以太网总线作为数据控制通信通道实时控制。

图1 华中HNC-848数控系统

　　开放的PLC编程

　　数控系统的控制包括两个方面:NC控制和PLC控制，数控系统除了对各轴的位置进行连续控制外，机床辅助设备需要PLC控制。PLC控制是在数控机床运行过程中，根据CNC内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。随着国产数控系统的性能不断的强大，对于PLC控制逐步开放，用户可以根据加工需求对PLC进行编辑，从而达到更高的加工效果。

　　多通道多轴联动

　　多轴联动是定义一款数控系统是否为高端数控系统的标尺之一，同时控制的轴数越多数控系统的性能多强大，其加工的可以更加复杂，国产数控系统在在经济普及型领域逐步占据市场主导，在多轴联动数控系统方面已经取得很多成就。多通道技术是高档数控系统的重要功能，一个通道是一个完整的数控系统的控制功能，多通道则体现数控系统的功能更加强大，能够对一个零件的多个工序在同一台数控机床上加工，将加工工艺并联化，大大提高加工的精度和效率。多轴多通道是将数控系统中多个插补轴或定位轴分别分配在多个不同的通道在每个通道内执行不同的数控加工程序和进行不同方式的数控机床操作。例如华中数控8型系列数控系统，大连光洋GNC60/61/62系列数控系统等都支持多轴多通道，虽然与国外多轴多通道数控系统在精度、可靠性、加工效率等性能方面有一定的差距，但是随着更多品牌国产数控系统研究多轴多通道联动数控系统，将会延续经济普及型数控系统的成绩。

图2大连光洋GNC60/61/62系列数控系统

　　复合加工

　　随着加工零件越来越复杂，加工工艺和工序愈加繁多，复合加工逐渐成为复杂零件、高精密零件和难加工零件提供了先进的解决方案，复合加工集多种工艺于一天，工件一次装夹后可以完成大部分的加工，不仅减少装夹的时间，更是加强了加工精度和效率，目前复合加工的集中程度不高，主要以车铣复合、车－磨复合、车削－激光加工中心等，多轴联动、典型复杂零件加工，更多加工工艺的复合，将会是复合加工研究方向。

　　智能化

　　数控系统由自动化向智能化发展是必然趋势，智能化数控系统能智能感知加工条件和环境，并自行判断和决策以适应外界变化，进而适应柔性和高效生产的要求。智能化数控系统主要体现：操作智能化、加工智能化、维护智能化、管理智能化。国内高端数控系统开始智能化的研发，采用了开放的体系结构的飞阳数控系统体现了数控技术和信息技术的发展，其实现智能化的技术路线和途径更加宽广，同时也为客户进行二次开发提供了良好的手段。

图3 飞阳数控系统

　　可靠性

　　数控机床的可靠性核心在于数控系统的可靠性，几年前，国产数控系统的可靠性一直不理想，在加工过程中遇到意外情况概率较高，加工的精度得不到保证，电磁兼容性没有得到很好的解决。数控机床的功能逐渐增多，对于数控系统的可靠性要求也增加。随着数控系统硬软件的技术提升，如在CPU芯片，检测软件等方面性能加强，国产数控系统的可靠性得到很大的提高，无故障加工时间更是超过1万小时。

三、国产数控系布局

　　国产数控系统经过多年发展形成了南北中西东的布局。东有上海开通数控有限责任公司、南京华兴数控设备有限责任公司、南京新方达数控有限公司、江苏仁和新技术产业有限公司等；南有广州数控设备有限公司、深圳珊星电脑有限公司；西有成都广泰实业有限公司、绵阳圣维数控有限责任公司；北有北京凯恩帝、沈阳高精、大连光洋、北京航天机床数控系统有限公司、大连大森数控技术有限公司、北京凯奇数控成套有限公司。中有武汉华中数控股份有限公司。

　　国产数控布局之南

　　广州数控设备有限公司

　　广州数控-中国南方数控产业基地，拥有国内先进的专业数控技术，是国内最大的数控系统供应商之一。主营业务有：数控系统、伺服驱动、伺服电机研发生产，数控机床连锁营销、机床数控化工程，工业机器人、精密数控注塑机研制，数控高技能人才培训。广州数控市场占有居国产数控系统前列。

图4广州数控系统

　　深圳珊星电脑有限公司

　　深圳珊星电脑有限公司，研发的塑料机械控制系统、工业变频器、数控系统、PLC可编程控制器等产品在工业控制领域得到广泛应用。深圳珊星电脑有限公司主要关注塑机数控系统和变频器，从F2600到F8000系列塑机专用数控系统，使国产塑机数控化大大提高，针对塑机的变频器，克服变频器运行不稳定、电机跳闸等问题，提高塑机的生产效率。

　　国产数控布局之北

　　北京凯恩帝数控技术有限责任公司

　　凯恩帝数控系统诞生于1993年，是从事数控系统及工业自动化产品研发、生产、销售及服务的高新技术企业。早期的产品学习FANUC3、FANUC6等国外先进的数控技术，经过多年研发创新的凯恩帝数控系统逐步融合自己的技术特点，开发了多个系列、数十款数控系统，并相应推出各种专机控制器、驱动器，电机等配套产品，满足机床工具行业单轴控制机械、数控车床、数控铣床、加工中心以及专用机械的多种应用需求，为不同用户提供了充分的选择范围。

图5 凯恩帝数控系统产品

　　大连光洋科技工程有限公司

　　大连光洋主要产品包括光纤总线开放式高档数控系统（含总线式全数字同步/异步伺服电机和驱动装置）和直驱式关键功能部件（包括：直驱式力矩电机和驱动装置、直驱式单/双摆铣头、直驱式单/双轴转台），以及手脉手轮、编码器、细分器、实时核等数控产品。经过近十年的技术创新，光洋成为同行业国际上首家在一家企业实现完整数控技术产品产业链的企业，构建完成具有国际竞争力的完整数控技术链和产业链，具备了从系统的角度去规划、设计、分析、优化高档数控机床的能力，光洋开辟了一条中国机床工业发展的新模式。

　　国产数控布局之“东”

　　上海开通数控有限责任公司

　　上海开通数控有限公司成立于1993年2月，隶属于上海电气集团中央研究院，是国内最早从事数控系统和交流伺服驱动系统开发、生产的单位之一。产品主要有：普及型数控系统、基于PC的开放式数控系统、数字式交流伺服、交流主轴驱动装置、智能控制器等。

　　南京华兴数控设备有限责任公司

　　南京华兴数控设备有限责任公司，自主研发和生产了从数控系统，交流伺服，主轴伺服，交流伺服电机，主轴伺服电机到隔离功率变压器的机床全套电控产品，经济普及型数控系统的到用户的认可，逐步从江浙一带影响全国，大功率永磁同步主轴伺服单元，多轴多通道总线式数控系统，100万线高分辨永磁同步电机及总线型伺服驱动器的推出的，极大程度提升了数控系统的性能。

　　国产数控布局之“西”

　　成都广泰实业有限公司

　　广泰致力于经济普及型数控系统的开发，多年技术积累广泰开始进入中高档数控系统开发生产领域。推出了600系列、150i系列、130i系列、330i系列高、中、低档数控系统及各种型号的交流伺服驱动系统等高性能数控产品，同时广泰成功研制开发出6自由度垂直多关节CCR-RB系列工业机器人，该系列工业机器人具有动作范围大、运动速度高、功能强大、接口丰富、操作简便等特点，额定负载为3Kg、8Kg、20Kg、30Kg，可广泛应用于弧焊、涂胶、切割、搬运、码垛、喷漆、科研及教学、机床加工上下料等领域。

图6 广泰数控装备

　　国产数控布局之中

　　武汉华中数控股份有限公司

　　华中数控具有自主知识产权的数控装置形成了高、中、低三个档次的系列产品，公司在前期技术积累基础上，研制了华中8型系列高档数控系统新产品，已有数十台套与列入国家重大专项的高档数控机床配套应用；具有自主知识产权的伺服驱动和主轴驱动装置性能指标达到国际先进水平，自主研制的5轴联动高档数控系统已有150多台在汽车、能源、航空等领域成功应用。公司研制的60多种专用数控系统，应用于纺织机械、木工机械、玻璃机械、注塑机械以及雷达、火炮等武器装备。公司红外热像仪产品已广泛应用于钢铁、能源、化工、医疗等行业。

图7 华中8型全数字总线式高档数控系统

结束语

　　数控系统是集多种技术于一体的高科技行业，从基础元件到新技术思维的突破，推动国产数控系统不断前行，缩小与国外系统的差距。随着《数控一代机械产品创新应用示范工程》在全国范围内不断推广，各国产数控系统品牌厂商将会推出更多高性能的数控系统，同时可能诞生新兴的数控系统品牌，国产数控系统将会得到飞速的发展。