如何提高国产数控系统在机床数控再制造中的应用

1、如何提高国产数控系统在机床数控再制造中的应用武汉华中数控股份有限公司一.机床数控化再制造的重要意义以数控机床为代表的"工作母机",是数字化控制技术和精密制造技术的结晶，是先进制造装备 的典型代表。近几年来，国产高精度机床、数控机床和大型机床虽然产量增长迅速，但由于基数太 小而在机床产品中所占的份额依然不高。与此同时，我国机床的数控化率还很低。根据中国机床工具协会提供的统计资料， 20002006年，我国设备生产厂共生产数控设备 29.04万台，出口约3万 台，销售到国内为 26.04万台；共进口数控设备 2.2万台。2007年生产数控机床超过 12万台。另 外，在“十五”期

2、间更新改造约 10万台数控设备，再加上2000年前我国约保有数控设备近 9万台， 由此估计我国目前数控设备保有量约 77万台左右。目前，我国数控化率整体呈逐年递增趋势，据统计，我国的数控化率已由1992年的3.2 %递增到2005年13.3 %。不过，与日本、美国、德国等发达国家60%70%的产量数控化率和 80%90% 的产值数控化率相比，我国设备产品的数控化率水平还显得太低。虽然目前我国的机床保有量近700万台，已成为世界上机床保有量最大的国家，但机床整体水平仍然比较落后，很多 20世纪80年代以前的产品仍在超期服役，难以满足加工精度的要求。据统 计，目前役龄10年以上的机床占60%以上，

3、这些机床在未来 510年都可能面临大修提升甚至功能 性报废或技术性淘汰，从而形成相当规模的可循环利用的再制造潜在资源。若按3%勺年机床报废淘汰率进行估算，每年将有近 20万台机床面临报废、闲置、技术性或功能性淘汰，约占每年生产新机床产量（40万50万台）的一半左右，“十一五”期间将有近100万台机床面临各种形式的报废，这不仅为再制造带来机会，更对再制造和提升提出需求。此外，我国的许多精密机床及大 （重）型机床主要依赖于进口。据不完全统计，19791988年，全国引进技术改造项目就有18446项，4达165.8亿美元。这些重大机床设备的价格极其昂贵，从2001年开始陆续面临报废，这些即将报废的老

4、旧机床都将转入机床再制造的行列。对普通机床和老化的数控机床进行数控化再制造，不仅可以达到与购置新机床同样的效果：提高零件加工质量和生产率，缩短产品制造周期，改善工作环境；而且还可以减少资金投入，和购买新机床相比，可以节省 50姒上的资金。如一套经济型数控化再制造机床的价格仅为相同功能新数控机 床的 1/5 1/3 。总之，机床数控化再制造在我国现阶段具有非常重要的意义，可以充分利用旧设备资源，以较 小的代价获得性能先进的数控机床，提高加工效率和加工质量；可全面提升企业现有机床性能，有 效提高企业加工制造能力。同时，还将在我国形成新兴的机床再制造与服务产业，具有重要的经济、 社会和环境效益。60

5、年代以来，我国重大工程项目，进口和自制了一大批大型、重型设备。数控化改造对重型、 大型机床的改造，尤其有意义：节约的资金多，老机床的机械经过了多年的时效，稳定性好。举长 动50年前的俄罗斯10米卧车作为例子（图片）。改革开放以来，我国进口了一大批数控机床，大部分机床已经使用了10-30年。其机械本体和精度保持完好，数控系统等电气部分严重老化，急需改造。国外的备件已停产，买不到。全换新的又太昂贵，就算改造了，10年后还要改造。以包头一机的北方奔驰数控车间为例。（找刘积国了解情况）80年代以来，我国生产了大批采用步进电机控制的经济型数控机床，由于步进系统精度低、丢 步，系统不可靠，大量趴窝。有必要

6、改造。在当前的经济形势下，节约设备投资，尤其重要。二.数控系统在机床数控化再制造中的重要作用一项具体的机床数控化再制造工程的主要工作内容包括机械与电气改造两个方面，主要是：机 床机械精度的恢复和提升、运动精度的恢复与提升、数控系统和伺服系统的选取、辅助装置的选取， 以及整机调试、机床检验等方面内容。其中，数控系统和伺服系统的选择和使用是直接影响工程效 益的关键。机床数控化再制造的几项内容简述如下：1 .精度恢复和机械传动都分的改进随机床使用役龄的增加，机床的机械传动部件，如导轨、丝杠、轴承等都有不同程度的磨损。因此，机床再制造过程中的首要任务是对机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达

7、到 新机床的制造标准，因此，机床数控化再制造可以结合机床的大修来进行，但机床数控化对机床精 度的要求与普通机床的大修是有区别的，即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进，都要为满 足数控机床的结构特点和数控自动加工的要求来进行，并应具有批量大修的特征。2 .选定数控系统和伺服系统根据要进行数控化再制造机床的控制功能要求，选择合适的数控系统是至关重要的。由于数控 系统是整个数控机床的指挥中心，在选择时除了考虑各项功能满足要求外，还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取，并且适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统，将对今后操作、编程、维修等都带

8、来较大的方便。伺服驱动 系统的选取，也按再制造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服 驱动系统，再制造产品的质量和维修更容易得到保证。3 .数控机床辅助装置的选取在机床数控化再制造过程中，要根据机床的控制功能选取辅助装置。如选取四方或六角电动换刀架来实现刀具自动转换功能，刀位数的选择主要按被加工工件的工艺要求决定。由于大部分数控 机床的辅助装置目前在国内已有不少生产厂家配套供应，所以选取后即可按其产品说明书在机床相 应位置上进行安装、调整。4 .电控柜的设计和制作由于普通机床的电器控制功能要求与数控机床不一样。所以在对旧机床进行机床数控再制造时，原机床的电器控制部分一

9、般只能报废，重新按数控化再制造要求进行设计制作。强电控制部分的线 路设计，主要根据数控系统输入、输出接口的功能和控制要求来进行。数控机床的强电控制部分设 计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强 电控制线路。三.国产数控系统在机床数控再制造中的优势数控系统是数控机床的核心部件，其技术水平直接影响数控机床的性能质量和使用效率，对于提高机床数控化再制造的成功率和经济效益具有非常重要的意义。目前，国产数控系统性能和可靠 性已经达到较高水平。与国外同档次产品相比，国产数控系统具有很好的性能价格比。因此，国产 数控系统在机床数控化再制造中具有很好的优势。1.

10、国产数控系统已经占领大部分国内市场。（用些照片）目前，国产数控系统产业发展取得了明显进步。经济型数控系统适应我国市场的实际使用水平和机床制造企业数控技术配套要求，得到了快速发展，占据国内经济型数控系统市场份额95%以上，已形成规模优势，主导了国内经济型数控系统的市场。国产普及型数控系统的功能、性能不断改善， 价格和服务方面还有较大优势，可靠性与国外系统的差距也已显著缩小，并且具备全数字交流伺服 驱动系统和主轴伺服驱动系统等配套能力，在数控铳床、加工中心等中档数控机床得到批量配套应 用。国产高档数控系统研制取得了突破，我国已部分掌握高档数控系统的核心技术，也开发了一些 高档数控系统产品，并在军工

11、企业得到了实际应用，打破了国外技术封锁。例如，华中数控中档、高档数控系统实现了与装备制造企业的批量配套，已经有60多台5轴以3 / 9上联动数控系统在航空、船舶、电力、汽车等领域的许多重点企业成功应用。华中数控和桂林机床合作生产的全国产 XK2136-5X五轴联动数控龙门铳床被我国南昌飞机制造厂采购，成为我国大型航空制造企业选用的首台配套国产五轴联动数控系统的高档数控机床。2002年至今，无锡神龙洛林精密机械有限公司已经订购了配华中数控系统的五台五轴联动数控机床和一台四轴联动数控铳床，用于大型叶轮和各种增压器涡轮的制造。（这里主要强调国产的市场份额。华中系统在大连、沈阳批量配套及现场照片。可靠

12、性有很大进步，）2 .国产中档、高档数控系统在技术上完全满足中高档机床的数控再制造（此部分简化。把“四.华中数控系统适合于机床数控再制造的特点”内容和上面高档数控系统的应用案例合并到这里）目前，国产中档、高端数控系统在技术指标上已经接近或达到国外数控系统的性能指标。例如：华中数控HNC-28 HNC-32数控系统在某些关键技术及性能指标上已接近或达到国外最先进的Simens840D、Fanuc 30i等高档数控系统的水平。主要性能指标对比如下：序号功能HNC -32Simens 840DFanuc 30i1.最大通道数410102.最大控制轴数3232403.最大联动轴数（每通道）924244

13、.最小插补周期0.5ms0.25ms0.25ms5.系统分辨率1nm1nm1nm6.最大运动速度200m200m1000m7.总线接口EtherCNCProfibusFSSB8.小线段、多项式、样条插补有有有9.车铳复合有有有10.加工过程实时仿真实体+线框无有11.五轴RTC电能有有有12.五轴倾斜面功能无有有13.会话式编程有有有14.机床变形补偿无有有15.过象限误差补偿有有有16.空间误差补偿有有有17.二次开发接口有有有18.恒切削力自适应有无无华中HNC-21/22、HNC-210A/B/C中档数控系统技术水平高于国外主流产品SIEMENS810叵口 Fanuc0i。主要性能指标对

14、比如下：序号功能HNC-21/22、HNC-210A/B/CSimens 810DFanuc 0iM4 / 91最大控制轴数8442最大联动轴数6443系统分辨率1um1 um1 um4取大进给速度24m/min16m/min16m/min5小线段、样条插补有有有6过象限误差补偿有有有7加工过程实时仿真实体+线框无无8五轴RTC呦能有无无9会话式编程有无无10空间误差补偿有无无11二次开发接口有无无12恒切削力自适应有无无总之，国产中档、高档数控系统与国外数控系统相比，在相同档次、相同配置、相同订货批量、 相同付款条件及稳定的汇率情况下，在功能和配置方面远优于国外普及型数控系统。特别是在多轴

15、联动、三维图形显示、动态仿真、大容量程序内存、双向螺距补偿、汉字界面、网络功能、开放体 系结构、TFT彩色薄形显示器等配置方面，已达到国外高档系统（如 FANUC-18 SIMENSE-840的水 平。3 .国产数控系统在机床数控化再制造中的优势。（服务、升级、价格等）机床数控化再制造工程的主要目的是：提高零件加工质量和生产率，缩短产品制造周期，改善 工作环境；同时减少资金投入，和购买新数控机床相比，大大节省资金。因此，要求数控系统具有 较低的价格和可靠的性能，而国产数控系统在这方面具有很大的优势。例如：华中数控生产的中档数控系统与国外中档数控系统（如 FANUC-0 SIMENSE-802D

16、相比 价格很有优势。例如，以国外三轴联动铳削数控系统为例，国外数控系统批量订货（10台以上）的价格通常为79万元（CNC单元和三个伺服）。而在同样商务条件下，功能和配置更优的华中世纪 星数控系统价格约为 34万元。其价格优势为 45万元左右。若国内用户真正能象订购国外系统 一样，按同样的批量、同样的付款条件，购买华中数控系统，则价格可以降到国外的4050%国外厂家对于某一种特定配置、基本功能的系统价格定得较低，以吸引用户，给用户造成价格便宜的错觉。一旦用户提出新的配置、新的功能要求，则价格大幅度提高。如将数控系统的各种功能设置为选件，一旦用户提出要求，则要价很高。如FANUO控系统的刀具半径补

17、偿（还分为刀补B、刀补C）、图形显示、宏程序等这些数控机床常用功能，作为选择功能，其价格在几千到一万多元不等。又如，若用户需要增加网络功能，则要加价近万元。以沈阳某机床集团使用的几种国内外数控系统为例，说明国内外数控系统价格的区另1J:序号机床规格供应商名称数控系统型号单套价格（单位：元）CAK4085D以控车床北京发那科37300;西门子广州数控华中数控VMC1165嗽控铳床北京发那科机132000;西门子广州数控华中数控TH6563加工中心北京发那科155000;西门子广州数控华中数控此表可以不要。四.华中数控系统适合于机床数控再制造的特点华中数控系统具有以下几项特点，非常适合于机床数控再

18、制造。即：产品规格齐全，可以提供 高档、中档、普及型三个档次的数控系统；产品配套能力强，具有从数控单元到数控装置全套配套 能力；数控系统运行安全可靠，软件功能齐全、编程简化方便、操作直观宜人。多年来，许多用户 选用华中数控系统用于机床数控再制造，取得了很好的经济效益。他们反映“在机床数控再制造运 用华中数控系统，可以充分发挥国产数控系统的优势。不是简单的换脑袋，而是使机床性能大大提 高，旧貌换新颜！ ”。华中数控系统系列产品以下是华中数控系统适合于机床数控再制造的几个特点：4 .产品规格齐全；世纪星系列数控装置产品包括：HNC-18i/18xp/19xp 系列、HNC-21/22系列、HNC-

19、210A/B/C系列、HNC-28/32系列。统一的基于 PC的开放式体系结构，通道数从 1个到4个，控制轴数从 2轴到32轴，联动轴数从2轴到9轴，液晶显示屏从 5.4 口寸到15 口寸。满足用户从普及型到高档型的需求。5 .产品配套能力强；华中数控可以为用户提供数控系统全套解决方案，可以提供先进的全数字交流伺服和主轴驱动单元、电主轴驱动单元、力矩电机和交流伺服电机系列，配套能力在国产数控系统中位居前列。全数字交流伺服驱动单元产品包括：HSV-18D HSV-160、HSV-162、HSV-16系列，主轴驱动单元产品：HSV-18S系列。伺服驱动 3000r/min ,主轴驱动最大转速 40

20、000r/min 。数字交流伺服驱动交流伺服电机包括：GK6系列交流伺服电机，转矩范围从1.1NM至U70NM GM7系列伺服主轴电机，功率范围从 2.2KW至ij 100KW最高车t速9000 r/min 。特种交流伺服电机，可在 -40C+60C内工作，交流伺服电机防护等级达到IP66。系统软件功能丰富、实用可靠6 .系统软件功能丰富、实用可靠华中数控具有丰富可靠的软件功能，非常适合于机床数控再制造。1）数控机床快速调试技术误差标定装置，通过设计专用夹具和相应软件，实现数控 机床误差快速测量系统。简单设置参数后，由软件自动生成测 量程序；利用光栅尺快速测量实际位置，与指令位置比较，得 到误差。根据选择评价标准自动输出评价结果，并生成相应的 误差补偿文件，通过网络或者串口传输给数控系统，快速实现误差补偿。2）加工负荷自适应控制通过对加工负荷的监控，实时调整进给速度和主轴转速，可保证加工过程的安全，提高加工效 率。开发的自适应控制装