国产数控系统的开发及其在中档加工中心上的应用

普及型中档数控系统是我国机床市场需求的主体，也是数控机床产业结构优化的基础。当前，国产数控系统产业面临着十分严峻的形势，国内80%以上中高档数控系统和数控机床依赖进口，数控系统产业发展的严重滞后，已经成为制约我国制造业发展的瓶颈。 
由武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司承担的科技部863课题《国产数控系统的开发及其在中档加工中心上的应用》，通过对三轴及三轴以上加工中心关键技术的研究、中试和与国产中档加工中心的批量配套，使国产数控系统的功能、性能和可靠性达到了国际同类产品先进水平，为国产中档数控加工中心的规模化生产奠定了基础。 
一、创新的技术路线与研究成果
《国产数控系统的开发及其在中档加工中心上的应用》课题，瞄准国外数控系统和加工中心的先进水平，采用创新的技术路线：第一，以软代硬、简化硬件，保障产品的品质；第二，建立开放式平台、适应用户个性化要求；第三，技术成套，降低成本，提高竞争力；第四，坚持将阶段研究成果迅速工程化，开发出适应于市场发展的数控系统新产品。在数控系统关键部件与加工中心主机一体化设计、开发和生产工艺体系方面，取得了六个方面的重大突破。 
高品质、高性能、高集成的世纪星HNC-21/22数控系统 
华中世纪星HNC-21/22系列数控系统采用先进的开放式体系结构，内置高性能32位嵌入式工业PC，数控单元集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、 PLC接口、网络通讯接口于一体，具有高性能、配置灵活、结构紧凑、可靠性高的特点。可控制6个进给轴，最大联动轴数为6轴，可与数控车、车削中心、数控铣、加工中心、数控专机、车铣复合机床等机床配套。 
HSV-16D全数字交流伺服驱动单元 
HSV-16D全数字交流伺服驱动单元将电源模块和驱动模块集成为一体，采用最新运动控制专用数字信号处理器(DSP)、大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA)和智能化功率模块(IPM)等当今最新技术设计，具有结构小巧、造型美观、使用方便、可靠性高等特点。 
HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动单元 
HSV -20S全数字交流伺服主轴驱动单元采用AC380V电源直接输入，省去了常用的伺服变压器，具有结构紧凑、控制灵活、使用方便、可靠性高的特点。HSV -20S全数字交流伺服主轴驱动单元还具有较高的加减速响应性能和较宽的功率选择范围，可根据需求形成高可靠、高性能的交流主轴驱动系统。 
GK6交流永磁同步伺服电机 
GK6交流永磁同步伺服电机采用高性能稀土永磁材料形成气隙磁场，由脉宽调制变频器控制运行，具有良好的力矩特性和宽广的调速范围。GK6系列电机采用自冷式，防护等级为IP64-IP67，GK6系列电机具有较宽的电网波动适应性，可广泛应用于数控机床的运动控制领域。 
GK7系列交流伺服主轴电机 
GK7系列交流伺服主轴电机采用F级特殊绝缘结构及整机加工和高精度动平衡工艺，可与国内外各类高、中、低档交流伺服主轴驱动模块配套，进行闭环控制运行，可获得较高的运行特性。 
加工中心与数控系统的优化配套技术 
在加工中心与数控系统配套技术方面，采用了先进的圆弧插补的过象限反向尖峰补偿技术，可进行数控系统的动态特性测试、伺服驱动系统的动态特性测试，具有蓝图编程功能、故障诊断功能、后台编辑功能和加工中心的PLC程序的模块化。
二、先进的生产质量保障体系
利用先进的技术提高产品的性能质量，是推广应用国产数控系统的关键。课题承担单位武汉华中数控股份有限公司是国内数控系统生产的龙头企业，拥有现代化的生产基地，先进的数控系统、伺服驱动装置生产线和数控电柜装配车间，具备建立了年产各类数控系统5000台套的生产能力。为解决数控系统功能、性能稳定性的关键技术，本课题组重点做了如下工作： 
第一、建立先进的生产质量保障体系 
建立了达到国家标准规定检测能力的质量检测中心，配置了先进的电磁兼容性和可靠性检测仪器设备150多台，如快速瞬变脉冲群发生器、雷击浪涌脉冲发生器、静电放电检测仪、振动试验台、冲击试验台、高温运行实验室和高低温环境实验室等。通过这些有效的检测仪器和检测手段，对产品的结构、工艺等方面进行了改进，并在产品生产过程中强化质量控制，建立了ISO9001质量保证体系，大大提高了产品的质量。 
第二、开展了数控系统的可靠性设计。 
数控装置的设计采用标准化、模块化、规范化的设计方案，设计尽量采用标准的和互换性好的元器件和零部件，充分考虑工艺性、操作性、测试、包装、贮存、运输和维修等各种环境对数控装置的影响；严格元、器件的筛选工艺和装配工艺，元、器件全部使用工业级接插件，把好电路板焊接等环节的质量关。 
数控系统软开发采用专用的工具进行项目管理，做到设计、修改可重现、可记录、可追溯; 制定软件版本管理方法、安装工艺和检查工艺，杜绝软件使用的随意性和不可控制性；对软件产品把好设计、调试、集成多道测试程序关，保证软件产品的正确性和可检查性。 
三、国产数控系统配套加工中心的推广应用
目前，华中数控系统已与国内多家加工中心主机厂实现了批量配套应用，例如北京机电院高技术股份有限公司、安徽鸿庆精机有限公司、大连机床集团、成都托普数控有限责任公司、南通纵横国际股份有限公司、南京第二机床厂、江苏多棱数控机床股份有限公司、杭州友嘉机床集团、武汉高科机械设备制造有限公司等。 
这是华中数控系统在典型加工中心上的应用实例：华中数控系统配套北京机电院VMC750E/BV75加工中心、华中数控系统配套安徽鸿庆DM4600加工中心、华中数控系统配套成都托普EVC750加工中心、华中数控系统配套大连机床集团VDL600加工中心。 
加工中心配备华中数控系统的主要用户还有武汉协力精密制造有限公司，以及上海市工业技术学校、无锡职业技术学院、常州轻工职业技术学院、长春职业技术学院等二十多所国家数控教学示范性实训基地。 
通过本课题的研究、开发、工程化、产业化，110多台套配备华中数控系统的BV75、BV85、VMC750E等国产中档加工中心，已经在中华大地成功应用，为社会主义经济建设发挥出重要的作用。本课题的研究成果也有力地证明了，国产中高档数控系统取得了长足发展，初步实现了技术创新，具有很强的后发优势。国产中高档数控系统完全有可能实现历史性突破，像当年的国产程控交换机一样，从跨国企业手中夺回绝大部分国内市场。