国产数控系统技术突破 助力“中国制造2025”

　　《中国制造2025规划》的推出，目的为为推动我国从制造大国向制造强国的转变，即到2025年步入制造强国行业，到2035年时赶超德国、日本。发展的过程需要数控系统技术作为动力的源泉。数控系统是数控装备的“大脑”。数控系统技术决定着数控机床的性能、功能、可靠性的关键因素。数控系统技术广泛应用于汽车、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，大力发展数控系统技术则是重要道路之一。

　　一、 国产数控系统技术发展

　　我国对数控系统技术的研究起始于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，对其的特点、发展缺乏认识，基础薄弱，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，引进国外数控系统技术，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，国产数控系统技术发展有了质的飞跃，在吸收国外新进的数控系统技术同时，我国自己的品牌逐步诞生，然而引进不是最先进数控系统技术，与国外的竞争处于不利地位。“九五”期间是数控系统技术产业化阶段，基本掌握了现代数控系统技术，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，随着数控系统技术的不断发展，国产系统中、低档的性能、功能和可靠性已大幅提高，缩小了与国外的差距。从技术层面来看，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，国产高档系统如五轴联动数控系统技术统也得到一定程度的发展。然而数控系统技术上的突破并不等于市场上的突破。特别是在数控系统技术正朝着智能化、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，而我国数控的产业化却依然无法消除国内用户对国产系统可靠性的疑虑。尤其是在高端领域，国产的高档数控系统只占年购买量的较低，大量的高性能系统仍然依赖进口。

　　二、国产数控系统技术突破与未来

　　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，国产系统的市场占有率逐年提高。高档系统虽然与国外的系统有一定差距，但是在随着关键数控系统技术逐步突破，差距正在逐步缩小。

　　总线式数控系统技术

　　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，不仅能使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;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编程数控系统技术

　　数控系统的控制包括两个方面:NC控制和PLC控制，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。

　　多通道多轴联动数控系统技术

　　多轴联动是定义一款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，大连光洋GNC60/61/62系列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

　　复合加工数控系统技术

　　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。

　　智能化数控系统技术

　　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

　　高可靠性数控系统技术

　　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。

　　国产数控系统技术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。