高速高效高精度数控机床.docx

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高速高效高精度数控机床

2012年4月16－20日，2012年第七届中国数控机床展览会（CCMT2012）在南京举行，国产数控系统企业积极参加本次展会，取得了很好的参展效果。

参加本次展会数控系统展团的国产数控系统企业非常踊跃，国内知名数控系统企业，如华中数控、广州数控、航天数控、沈阳高精、南京华兴、开通数控、大连光洋、大连大森、南京锐普德、南京新方达、北京凯奇等企业都积极参展

4.北京超同步科技有限公司

（1）CTB系列主轴驱动器，Gs系列驱动器可以与多种数控系统良好接口，实现刚性攻丝，使数控钻、数控铣、数控车床、数控镗、加工中心等设备的功能得以充分发挥。

适用机床:

数控铣床、数控车床加工中心、数控镗床龙门铣床、数控立车等数控设备主轴（电主轴）的驱动。

技术特点:

6000转以上的精密加工，低速强力重切削加工，40转以下的铰孔，低速螺纹加工，c轴功能。

（2）CTB系列主轴电机。

功率范围：

1.1〜315kW;额定电压：

380/330

/310V;防护等级:

IP55;环境温度：

—15〜45°C;结构型式：

b3/b5/b35;最高转速：

15000r/min;额定频率：

16.7/25/33.3/50/66.7/100Hz;工

作制：

连续（S1）;绝缘耐压：

AC1800V;噪声：

＜70dB（A）;环境湿度：

95%RH以下（不结露）;散热方式：

强制风冷。

外形美观；结构精巧；封闭式散热风道;噪声低、效率高;优化节能设计。

（3）组合型伺服驱动器，采用先进的硬件及软件集成技术，将多台伺服电机的驱动装置集成在一个驱动器内。

该驱动器结构紧凑、安装方便，可广泛应用于数控车床、数控铣床、加工中心、立车等设备。

（4）车床电主轴，全新一体化的风冷式车床电主轴稳定性好、震动小、噪声低，控制精度高，主轴安装简单，故障率低。

目前国产坐标镗床其精度一般为：

直线坐标定位精度0.005mm重复定位精

度0.003mm机床的快速移动速度一般w10m/min。

2014年2月24〜28日，第八届中国数控机床展览会（CCMT2014）在上海举行，国产数控系统企业积极参加本次展会，取得了很好的参展效果。

国内知名数控系统企业，如华中数控、广州数控、航天数控、大连光洋、大连大森、沈阳高精、南京华兴、北京凯奇等企业都积极参展，参展数控系统企业达20余家。

（1）GSK27全数字总线式高档数控系统

技术特点:

多通道配置，标准为2通道，最多8通道，可同时控制32轴，单通道最大控制轴数为8轴，支持通道独立、同步工作功能;2000段的前瞻及轨迹平滑处理能力，0．5ms插补周期;小线段压缩成样条曲线的高速高精插补，支持NURBS格式的样条曲线插补；加速度控制的柔性加减速，小线段平滑过渡的倒圆功能；采用位置闭环控制，PID、速度前馈控制使定位精度高，配置高速高精伺服驱动单元；开放式PLC支持PLC在线编辑、诊断、信号跟踪，配置灵活的I/O可满足用户的二次开发要求；丰富的通信接口：

具有RS232USB接口、基于TCP/IP的以太网接口；功能强大的上位PC机软件提供远程监控、远程诊断、远程维护、网络DNC功能。

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1高速、咼效

2）高精度

从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工）,是世界各工业强国致力发展的方向。

其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（＜10nm）,应用范围日趋广泛。

超精密加工主要包括超精密切削（车，铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工，微细电解加工和各种复合加工等）。

随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。

新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，大力发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。

当前，机械加工高精度的要求如下：

普通的加工精度提高了1倍，达到5卩m;精密加工精度提高了2个数量级；超精密加工精度进入纳米级（0.001卩m）;主轴回转精度要求达到0.01〜0.05卩m;加工圆度为0.1卩m;加工表面粗糙度Ra=0.003卩m等。

近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由土10卩m提高到土5卩m,精密级

加工中心的加工精度则从土3〜5卩m提高到土1〜1.5卩m

3）高可靠性

数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性1个数量级以上,但也不是可靠性越高越好,仍然是适度可靠,因为是商品,受性能价格比的约束。

对于每天工作2班的无人工厂而言,如果要求在16h内连续正常工作,无故障率P（t）>99%勺话,则数控机床的平均无故障运行时间MTB就必须大于3OOOh。

MTB大于3000h,对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别巨大,我们只对1台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:

1（数控系统的可靠比主机高1个数量级）。

此时数控系统的MTB就要大于33333.3h,而其中的数控装置,主轴及驱动等的MTB就必须大于10万h。

当前国外数控装置的MTB值已达6000h以上,驱动装置达30000h以上。

4）模块化、专门化与个性化机床结构模块化、数控功能专门化、机床性能价格比显著提高并加快优化。

为了适应数控机床多品种,小批量的特点,机床结构模块化、数控功能专门化、机床性能价格比显著提高并加快优化、个性化是近几年来特别明显的发展趋势。

5）智能化

智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:

———为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如自适应控制,工艺参数自动生成;

———为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化,如前馈控制,电动机参数的自适应运算,自动识别负载自动选定模型,自整定等;

———简化编程,简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程,智能化的人机界面等

———智能诊断,智能监控方面的内容,方便系统的诊断及维修等。

6）柔性化和集成化

数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是:

从点（数控单机,加工中心和数控复合加工机床）,线（FMC,FMS,FTL,FML向面（工段车间独立制造岛，FA）,体（CIMS,分布式网络集成制造系统）的方向发展,另一方面向注重应用性和经济性方向发展。

柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,是各国制造业发展的主流趋势,是先进制造领域的基础技术。

其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提,以易于联网和集成为目标;注重加强单元技术的开拓和完善；CNC单机向高精度，高速度和高柔性方向发展；数控机床及其柔性制造系统能方便地与CAD/CAM/CAPP/M联吉,向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。

为了实现数控系统的高速、高精，高档数控系统纷纷采用纳米插补、HRV控制技术。

例如FANUC公司的30i/31i/32i数控系统和OiMD数控系统、三菱公司

的M700V数控系统、西门子公司的828D数控系统都具备纳米插补功能，采用以纳米为单位精确计算位置指令，使机床平滑移动并且提高加工精度。

同时，使用HRV功能提高相应速度和控制精度。

例如OiMD数控系统的主轴HRV控制功能和30i/31i/32i数控系统的HRV4控制功能，三菱公司的SSS控制功能（超高平滑表面控制），适合于实行高品质的模具加工。

为了方便用户调试和使用，广泛使用现代的交流伺服驱动器，能在短时间内实现进给伺服和主轴相关参数的最优化，实现高速、高精的伺服性能，纷纷推出了各种伺服调整工具。

例如FANUC的

SERVEGULD三菱公司的Servotuningtool:

MsConfigurator。

目前，随着现代制造业的升级和数控技术的不断发展，普通两轴、三轴数控联动加工已经广泛普及，大量的四轴、五轴联动数控机床投入制造企业进行高速、高精度加工。

所以，当前数控系统的发展趋势主要体现在高速、高精，伺服智能化，CADCAMCNC集

成，产品系列化、个性化等方面。

市场上对我国的数控系统的要求和国外同档次产品相比，不但要便宜（市场上能接受我国数控系统的价格只能是国外同等产品的一半），而且可靠性须相同。

但是国内外品牌的数控系统成本是相同的，在这种情况下，我国数控系统企业就采用了国产电子元器件。

2010年2月，国家质量监督检验检疫总局发布第10号总局公告，公布了《2009年第4批产品质量国家监督抽查结果》。

这次对29类产品质量进行国家监督抽查中，涉及机床工具行业的是数控系统和数显装置，共抽查了北京、辽宁、上海、江苏、浙江、湖北、广东、四川、贵州等9个省、市的21家企业生产的15种数控系统和6种数显装置产品。

本次抽查依据《机械安全机械电气设备第1部分：

通用技术条件》GB5226.1—2002、《机床数字控制系统通用技术条件》JB/T8832—2001、《光栅数字显示仪表》JB/T10080.1—2000和《光栅线位移传感器》JB/T10080.2—2000等国家标准及行业标准的要求，对数控系统和数显装置产品的电源安全性、保护接地、绝缘电阻、耐电压强度、电源适应能力/电源适应性、噪声试验、静电放电抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、浪涌（冲击）抗扰度试验、电压暂降和短时中断抗扰度试验、外观、标志和标牌、颜色、接线、防护、操作与维修性、包装检查、文件检查、结构型式及基本参数、功能检查、连续运行等21个项目进行了检验。

抽查结果显示，绝大多数产品都符合相关标准规定，合格率为85.7%，其中数控系统产品合格率达到93.3%。

CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装

置、可编程逻辑控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，如

图1所示

CNC系统的核心是CNC装置。

由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。

数控系统的工作过程：

（1）输入：

零件加工程序一般通过DN从上一级计算机输入而来；

（2）译码：

译码程序将零件加工程序翻译成计算机内部能识别的语言；（3）数据处理：

包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能的处理；（4）插补：

在已知一条曲线的种类、起点、终点以及进给速度后，在起点和终点之间进行数据点的密化；（5）伺服输出：

伺服控制程序的功能是完成本次插补周期的位置伺服计算，并将结果发送到伺服驱动接口中去。

我国数控机床技术与世界先进水平相比，还有不小的差距。

首先，精度普遍不够；其次，基础材料开发方面存在差距，未普及高强度密烘铸铁；再次，高动、静刚度主机结构和整机性能开发的差距，高速机床主机结构设计方向是增强刚性和减轻移动部件重量。

所以，我国数控系统要想和国外数控系统处于同等地位，还必须不断地改进，直至符合国际化标准为止。

一、SINUMERIK数控系统功能

SINUMERIK数控系统是一个集成所有数控系统元件（数字控制器、可编程控

制器、人机操作界面）于一体的操作面板安装形式的控制系统。

西门子公司全新

设计的驱动技术所提供的DRIVE-CLiQ接口可以连接多达6轴