打破高端数控系统国产化的技术瓶颈

来源 : www.udows.com   发布时间 : 2015-08-25

打破高端数控系统国产化的技术瓶颈
四开数控攻占“皮米差补”科技高地
　　目前的中国，普及型以上的中高档数控系统基本上还是外国人的天下，日本的FANUC、德国的西门子数控系统，占据着市场的绝大部分份额。而在经济型数控系统领域，则基本上是中国人自己生产的产品，号称“东、南、西、北、中”，总量一年大约在5万套左右。在南京，数控系统的生产厂家在全国是最多的，可能不下30家，但他们的系统有一个共同点，也都是经济型的。

[经济型数控系统的技术症结]
　　经济型数控系统最重要的特征是开环控制方式，即CNC与驱动器之间的通讯是数脉冲的方式，早期以控制步进电机为主，现在逐步地转向控制交流伺服电机为主。但是，由于经济型数控系统的控制核心为20年前的单片机或80186等，运算能力太低，系统的存储容量也很小，所以系统的机械加工控制能力很弱，多数是不接受反馈信号的开环控制方式，只能以脉冲方式与伺服电机（或步进电机）驱动器通讯，所以经济型数控系统只能应用在小型机床特别是小型车床上。机器的速度稍快一些，运动的惯量稍大一些，联动控制的轴数超过三轴以上，经济型数控系统就满足不了。中国的机床厂靠这样的数控系统是无法与世界上的同行进行竞争的，这也是中国机床生产厂家的大多数数控系统不得不采用进口数控系统产品的最重要原因。
　　要生产中高端的数控系统，就需要开辟一条与众不同的路径。立志于研发具有中国人自主知识产权的高端数控系统的目标，南京高传四开数控装备制造有限公司进行了持续不懈的科技创新和积极探索，其开发生产的SKY数控系统的发展走出了一条与国内其他数控系统厂家不同的技术发展道路。十余年来，四开公司的SKY数控系统在技术上始终坚持与标准计算机兼容，最大限度地采用计算机发展的新成果，包括硬件和软件两个方面的技术更新。由于众所周知的原因，在开发的初期，SKY数控系统想要获得国内机床生产厂家的信赖和认可，直接与国产机床配套是十分困难的，为此四开公司在研发数控系统的同时，也不断地研发了一些数控机床的机械部分，由此直接给用户提供了各种数控机床的整机，赢得了很高得信誉，但数控研发的技术优势还没有得到充分的发挥。
　　实际上，国外先进数控系统生产厂家也在逐渐地走这一条技术研发道路。日本FANUC公司的160i系列、德国西门子840i系列、海德汉英TNC530i系列、西班牙发格8070系列等等，如今几乎无一例外地都采用了近年来最流行的美国微软公司Windows操作平台，大量借用计算机发展的最新成果。近年来，配有四开公司自己的数控系统的高速数控机床，也已经有超过千台在全国各地工作着，其中大部份是常年以每天24小时、每年365天的超强度的方式在工作，这从另一个方面证明了南京四开公司的SKY数控技术的日趋成熟。

[皮米差补技术]
　　最近，南京四开公司又紧跟技术发展的最新动向，在数控系统中应用了皮米差补技术，使四开数控系统的精度得到更大程度的提高。
　　在实际的机械切削加工中，被加工工件的轮廓形状千差万别。严格说来，为了满足几何尺寸精度的要求，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成。对于简单的曲线，普通数控系统可以比较容易实现，但对于较复杂的几何形状，若直接生成会使算法变得很复杂，计算机的工作量也相应地大大增加。
　　因此在实际应用中，常采用一小段直线或圆弧去进行拟合来满足精度要求(也有需要抛物线和高次曲线拟合的情况)。这种拟合方法就是"插补"，实质上插补就是数据密化的过程。
　　插补算法经过几十年的发展不断成熟，种类很多。一般说来，从产生的数学模型来分主要有直线插补、二次曲线插补等；从插补计算输出的数值形式来分，主要有脉冲增量插补(也称为基准脉冲插补)和数据采样插补[26]。脉冲增量插补和数据采样插补都有各自的特点。
　　南京四开公司的SKY2003N数控系统，充分利用了计算机的双精度浮点运算，采用 “IEEE-754” 64位标准浮点数学运算库进行插补，其精度达到了1皮米（1皮米＝0.001纳米），以保证运算的可靠性及精确性。SKY2003N数控系统还取消了传统的脉冲当量插补概念，使数控系统的控制精度只与闭环反馈、采样周期的精度相关。SKY2003N数控系统的插补原理与采样插补时间分割法相似，与传统插补相比有若干的创新点，其皮米插补将FANUC-30i提出的纳米插补的精度概念提高了三个数量级，更高的计算分辨率带来了驱动器更精确的插补速度和加速度，从而能够使数控机床更平滑地运行，随之带来的效果是更高的工件表面加工质量和更长的刀具寿命，使得加工成本大大降低。
　　目前，南京四开公司采用具有“皮米插补”功能数控系统配套的高速雕铣机床，已经在加工汽车车灯的高精度模具的最后精加工中赞露头角，赢得良好的市场声誉，其铣削加工达到了“镜面”的效果。据客户反馈，这些采用四开公司制造的高速数控铣床制造的汽车灯模具，已经出口到美国以及意大利等欧州国家。