数控板卡产品可行性初步分析Word格式.docx

1、2.4 嵌入式运动控制器是重要发展方向 133 数控机床相关产品市场动态 143.1 数控机床类产品产量分析及预测 143.2 数控机床类产品市场需求分析及预测 163.2.1 需求情况初步统计 163.2.2 政策面对数控机床行业有利 173.2.4目前全球经济形势对市场的影响 183.3 数控机床类产品价格趋势分析 203.4 数控机床类产品进出口量值分析 214 公司发展数控板卡产品的技术优势 245 发展数控板卡产品的资源条件的可行性.（含物资、设备、能源及外购外协件配套等） 246 技术经济效益初步分析 247 批量投产的可行性分析 257.1 市场值得开拓 257.1.1 数控系统

2、应用市场商机巨大 257.1.2 其它方面的市场应用同样巨大 257.2 可依托民营企业发展 267.3 走系统道路增加附加值和连续发展 267.4 主要风险 277.4.1 市场的不可预见性 277.4.2 技术风险 281 数控板卡简介1.1 运动控制器与数控板卡本文所述的数控板卡是运动控制器的重要组成部分。运动控制器是数控系统的重要单元，主要用于对机械传动装置的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。运动控制器通常可分为以下几类：（1） 运动控制卡。一般作为内插式板卡在PC中运行，不能独立工作，适合PC-Based数控系统，包括PCI、ISA

3、、PC104等总线标准，也就是本方所述的数控板卡。（2） PLC自带的运动控制卡。只在自己品牌的PLC中工作，整机系统整合度是最好，性能取决于各品牌的水平和能力。（3） 单独的运动控制器。可以编程,一般内置了一些特定的运动控制功能。除非是很单一的系统，否则还需要和PLC通讯握手，缺点是系统整合不佳。（4） 内嵌在伺服驱动器里的运动控制器。整合性能很好，但灵活性不佳，适合于专机专用。运动控制有国际标准语言：PLCopen Motion，实际上是功能函数，可以被所有标准PLC语言调用。一般PLC的运动控制都在向这个方向靠拢，单独或内嵌的控制器中，有些大厂品牌也在向这个方向发展，但小厂牌还是各自为阵

4、；基于PC的运动控制卡基本各自为战，没有往这个方向发展。基于PC总线的开放式运动控制器已成为当今自动化领域应用最广、功能最强的运动控制器，并且在全球范围内得到了广泛的应用，国家重点扶持的华中数控和数控系统的民营企业深圳固高均主推这一类运动控制器。这种开放式结构的运动控制系统能充分利用PC机的资源，可以利用第三方软件资源完成用户应用程序开发，将生成的运动指令通过总线传输给运动控制器,运动控制器接受来自上位PC机的运动指令，按照设定的运动模式，完成相应的实时运动规划（点位运动、多轴插补协调运动或多轴同步协调运动），向驱动器发出相应的运动指令。运动控制器的应用范围可分为以下三类:（1）点位控制。如:

5、PCB钻床、SMT、晶片自动输送、IC插装机、引线焊接机、纸板运送机驱动、包装系统、码垛机、激光内雕机、激光划片机、坐标检验、激光测量与逆向工程、键盘测试、来料检验、显微仪、定位控制、PCB测试、焊点超生扫描检测、自动织袋机、地毯编织机、定长剪切，折弯机控制。（2）连续轨迹控制。数控车床、铣床，雕刻机、激光切割机、激光焊接机、激光雕刻机、数控冲压机床、快速成型机、超声焊接机、火焰切割机、等离子切割机、水射流切割机、电路板特型铣、晶片切割机等。（3）同步控制。如：套色印刷、包装机械、纺织机械、飞剪、拉丝机、造纸机械、钢板展平、钢板延压、纵剪分条等。其中的连续轨迹控制类应用基本是数控机床,也是运动

6、控制中技术含量最高的部分，目前和今后五年内数控机床仍是运动控制卡的主要应用市场,分析数控板卡市场就是分析运动控制器市场，也就是分析数控机床市场。1.2 数控系统简介图1典型的开放式数控系统模型数控机床是现代科学技术的最前沿信息技术与传统机床相结合的产物，反映了一个国家制造技术的水平和工业水平，一个国家数控化率的高低已经成为衡量其机械工业技术水平的一个重要指标，国外数控化率水平已达2030%。数控机床通常由数控系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。数控系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用。随着制造商对产品复杂程度和

7、精度的提高、对产品生产成本降低的要求的提高，对数控机床提出了更高的要求，而这种不断增高的要求主要不是针对机械系统的要求，而是对数控机床的控制设备数控系统提出的挑战，针对这种挑战，迫切需要一种新的数控系统来满足生产商日益增长的需求，以克服传统数控系统带来的不便。当今世界的各种数控系统大致可分为以下4种类型:（1）传统专用型数控系统这类数控系统的硬件由数控系统生产厂家自行开发，具有很强的专用性，经过了长时间的使用，质量和性能稳定可靠，目前占领着制造业的大部分市场。但由于其采用一种完全封闭的体系结构，往往存在以下缺点:a.用户的应用、维修以及操作人员培训完全依赖于数控系统生产厂家，系统维护费用较高；

8、b.系统功能的扩充以及更新完全依赖于公司的技术水平，周期比较长；c.大量市售廉价通用软硬件在专用数控系统上无法使用，功能比较单一。因此，随着开放式体系结构数控系统的不断发展，这种传统专用型数控系统的市场正在受到挑战，市场份额已经在逐渐减小。（2） PC嵌入NC结构的开放式数控系统如FANUC16i/18i, Simens840D,NumIO60等数控系统。这类数控系统与传统专用型数控系统相比，结构上具备一些开放性，功能十分强大，但系统软硬件结构十分复杂，系统价格也十分昂贵，一般的中小型数控机床生产厂家没有经济能力去购买。（3） NC嵌入PC结构的开放式数控系统这种数控系统的硬件部分由开放式体系

9、结构的运动控制卡与PC机构成，运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC 控制能力，如日本MAZAK公司用三菱电机的MELDASMAGIC 64构造的MAZATROL 640 CNC。这种数控系统的开放性能比较好，并且对功能进行改进也比较方便，系统的控制功能主要由运动控制卡来实现，机床硬件发生改变时，只需要修改相应部分的控制软件，系统性价比较高，能够满足大多数的数控机床生产厂家的需要。（4）全软件型的开放式数控系统这是一种最新型的开放式体系结构的数控系统，所有的数控功能（包括插补、位置控制等）全部都是由计算机软件来实现的。与前几种数控系统相比，全软件型开放式数控系统具有

10、最高的性价比，因而最有生命力。其典型产品有美国MDSI公司的Open CNC、德国Power Automation公司的PA8000NT，以及NUM公司的NUM1020系统等。开放式数控系统由美国在二十世纪八十年代末提出以来，目前尚没有统一的定义，OSACA（Open System Architecture for Control with Automation Systems）是欧共体为开放式数控系统定义的控制器结构，它将工业控制领域的开放式系统定义为：“开放式控制系统由一系列逻辑上独立的部件组成。”虽然传统的数控系统已经实现了非常复杂的功能并达到了相当的精度，但由于传统的数控系统采用专用计

11、算机系统，其实现过程对用户来讲是封闭的，并且它的各个模块功能固定，各厂商的软硬件互不兼容，用户无法对系统进行重新定义和扩展，系统与外部缺乏有效的通信功能，这增加了用户的投资风险和成本。开放式数控系统则便于扩展、功能柔性并且对用户开放，是二十一世纪数控技术的发展方向，尤其是基于PC的开放式数控系统，随着IPC档次的上升、价格降低、应用普及和广泛的软件支持，日益受到市场的欢迎。2数控板卡相关技术主要发展方向2.1 数控机床的相关技术主要发展方向2.1.1 数控机床新技术发展特点当前，世界数控机床的技术发展主要体现在以下几方面：（1）高速、高效高速机床不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可

12、提高零件的表面加工质量和精度。目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到50008000m/min以上；主轴转速在30000rpm（有的高达10万rpm）以上；工作台的移动速度（进给速度）：在分辨率为1m条件下达100m/min（有的到200m/min）以上，在分辨率为0.1m时达24m/min以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12m/min。（2）高精度当前，在机械加工高精度的要求下，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m；精密级加工中心的加工精度则从35m提高到11.5m，甚至更高；超精密加工精度进入纳米级（0.001m），主轴回转精度要求达到0.010.05

13、m，加工圆度为0.1m，加工表面粗糙度Ra=0.003m等。这些机床一般都采用矢量控制的变频驱动电主轴（电机与主轴一体化），主轴径向跳动小于2m，轴向窜动小于1m，轴系不平衡度达到G0.4级。高速高精加工机床的进给驱动，主要有“回转伺服电机加精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。此外，新兴的并联机床也易于实现高速进给。滚珠丝杠由于工艺成熟，应用广泛，不仅精度能达到较高（ISO34081级），而且实现高速化的成本也相对较低，所以迄今仍为许多高速加工机床所采用。当前使用滚珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。滚珠丝杠属机械传动，在传动过程中不可避免存在弹性

14、变形、摩擦和反向间隙，相应地造成运动滞后和其它非线性误差，为了排除这些误差对加工精度的影响，1993年开始在机床上应用直线电机直接驱动，由于是没有中间环节的“零传动”，不仅运动惯量小、系统刚度大、响应快，可以达到很高的速度和加速度，而且其行程长度理论上不受限制，定位精度在高精度位置反馈系统的作用下也易达到较高水平，是高速高精加工机床特别是中、大型机床较理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达208m/min，加速度2g，并在继续提高。（3）高可靠性随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的工厂而

15、言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P（t）99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1（数控的可靠比主机高一个数量级）。数控系统的MTBF就要大于30000小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，但是距理想的目标还有差距。（4）复合化在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，复合功能的机床将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序