數控技術：衡量國家工業(yè)現代化重要標志

（接上期）

高檔數控系統(tǒng)改造企業(yè)進口設備

成果介紹：該項目是針對我國國有大中型企業(yè)現狀和中科院沈陽計算所高檔數控技術的特點，進行的一項企業(yè)改造的系統(tǒng)工程。該項目投入少，產出大，符合我國國情，對促進傳統(tǒng)產業(yè)的技術改造，加速企業(yè)的技術進步，提高生產力具有積極的意義。該項目在執(zhí)行過程中，不但完成了鞍山高壓容器廠的用于生產高壓氣瓶進口生產線的技術改造，而且完成了沈陽黎明航空發(fā)動機集團公司從日本東芝公司引進的BMC-10B(5)五坐標加工中心數控系統(tǒng)的改造、鞍山鋼鐵集團公司無縫鋼管廠的進口車絲生產線的改造。

該項目控制技術，采用全新的先進的控制系統(tǒng)和方法，即用高檔數控系統(tǒng)控制全液壓式傳動系統(tǒng)，其技術難度在于把傳統(tǒng)的液壓傳動系統(tǒng)用數控系統(tǒng)來控制，并保證其穩(wěn)定性和精度。這是一新的課題，經過努力探索出一套參數匹配與修調的規(guī)律，滿足了高精度鋼瓶生產的需求。這是本項目的關鍵技術所在。沈陽黎明航空發(fā)動機集團公司的BMC－10B(5)日本東芝五坐標加工中心數控系統(tǒng)更新改造，是在藍天數控系統(tǒng)的基礎上，針對機床工藝特點進行技術創(chuàng)新，解決大行程反饋控制、二軸的同步軸控制等關鍵技術，改造后的機床精度明顯提高。該項目為黎明公司盤活企業(yè)資產，取得了明顯的經濟效益。因為改造的加工中心是二手設備，一臺50萬美元，改造費40多萬元人民幣，只相當數控機床現價的10％，投入生產飛機發(fā)動機的關鍵部件加工，每件部件就價值幾十萬元人民幣。

NC數控系統(tǒng)

成果介紹：：我國制造業(yè)正面臨著“擋不住，出不去”的十分嚴峻的形勢。國外企業(yè)正在瞄準中國這個巨大市場，大量高質量、高附加值的產品嚴重沖擊著中國市場，我國制造業(yè)正承受著國際市場競爭的巨大壓力。數控系統(tǒng)和機床，作為國民經濟制造業(yè)的重要基礎裝備和基礎設施，在國內和國際貿易中，是個高附加值和高利潤的重要高新技術產品，它是關系到國家綜合國力和國家戰(zhàn)略地位的基礎產業(yè)。沈陽計算所等單位，在多年研發(fā)的基礎上，在數控系統(tǒng)、伺服/主軸系統(tǒng)等方面，已具有一定的產業(yè)化規(guī)模，并出口俄羅斯，通過進一步的攻關，使國產數控系統(tǒng)占領國內的主要份額，并使傳統(tǒng)的機床行業(yè)發(fā)展成高新技術的數控機床產業(yè)。

該項目是利用各自的優(yōu)勢進行技術合作，合作開發(fā)面向俄羅斯市場的數控產品和用于中國市場尤其是數控化改造的系列數控產品，開發(fā)NC100—6軸高檔數控系統(tǒng)、NC110—16軸高檔數控系統(tǒng)和NC200—4＋1軸中高檔數控系統(tǒng)及SFC數控滑臺。采用新一代開放式體系結構。

硬件平臺建立在486IPC工業(yè)標準上，采用總線轉換技術，實現系統(tǒng)主要模板、接口的標準化；軟件平臺建立在實時多任務操作系統(tǒng)上，集成PC技術、NC成熟技術以及用戶擴展功能。

近年來，俄羅斯的經濟開始復蘇，機械行業(yè)對數控系統(tǒng)的需求逐年增加。世界各國的知名數控生產廠商都紛紛瞄向俄羅斯市場，計算所NC系列數控系統(tǒng)由于具有較好的性能價格比，在俄羅斯市場備受歡迎。同時，在國內市場，尤其是在機床數控化改造方面，NC系列數控系統(tǒng)已大顯身手，國內需求量急劇增加。

應用范圍：廣泛應用于制造業(yè)。

藍天系列高檔數控系統(tǒng)

成果介紹：：該系統(tǒng)可與有關機床生產企業(yè)的高級機床配套成高檔數控機床，也可直接裝備有關機械加工制造業(yè)最終用戶的加工中心、車削中心、數控車/銑/磨床、FMC、FMS和CIM及激光加工等，以進行高精尖產品加工，還可用于國有大中型企業(yè)的國產或進口生產設備控制裝置的技術改造。

合作方式：可提供產品和技術，可進行技術支持與服務。

產品性能：藍天系列高檔數控系統(tǒng)，主要包括LT-7500、LT-8500、LT-9500和LT-3200四個系列十幾個型號，其中LT-8500和LT-3200系列是在國家“八五”重點科技攻關和中科院重大項目中取得的重大科技成果。該系統(tǒng)是數控機床的控制系統(tǒng)，是高精度、高效率、高柔性的控制器，可自動實時地控制各種高級機床進行各類復雜零件的加工。該系統(tǒng)解決了先進的縮小化系統(tǒng)設計、軟件自主版權和高可靠性等長期困擾我國數控機床的關鍵技術，不但使我國的高檔數控技術從無到有，而且達到國際先進水平。系統(tǒng)的兼容性指標符合國家有關部門驗收條例的要求，并且達到國際IEC1000-4標準。

該系統(tǒng)可根據需要自動生成，多過程（≤5）、多軸控制（≤17）、多軸聯動（≤8）、多種工藝（T、M、G）、多CPU（主、軸、網絡）配置，PMC和網絡軟件。具有多種先進的插補算法、豐富的編程手段和很強的網絡功能。

以LT-8520/8530高檔數控系統(tǒng)為例，其主要性能和技術指標是：1.多CPU功能分布?？啥嘀?個（系統(tǒng)總線主設備），一個SYS CPU，3個 NC CPU，80286/80287芯片；2.多過程?？啥嘀?個同時性獨立加工過程，過程間可同步；3.多軸控制：按目前13槽機箱，每一過程可控制多至15個軸（8個坐標軸、6個點到點軸、1個主軸）；4.多軸聯動：每一過程可多至8個聯動軸（8個坐標軸）；5.最大編程尺寸：±99999.9999mm；6.最小編程分辨率：±0.0001mm；7.最大編程快速進給率：100m/min；8.最大切削進給率：48/min（當1μm時），4.8/min(當0.1μm時）。

進口機床的數控化技術改造

成果介紹：：針對引進的大型進口立式車床多年使用情況和機床本身的機械、電氣、液壓特點，實現數控化更新改造，用先進的CNC控制技術提高機床的質量和檔次，用CNC集成編程技術開發(fā)ATC等軟件提高機床的自動化程度，針對機床不同的工藝特點進行技術創(chuàng)新。

國內數控機床數控化市場潛力很大。機床數控化改造，能夠達到少投資，見效快的目的，是一項新興起的行業(yè)，具有極大的市場前景。

合作方式：提供產品與技術服務。

產品性能：主要包括：基于原機床X、Z軸機械部分采用齒輪齒條傳動，采用感應同步尺作為全閉環(huán)位置反饋元件，接口方式選用鑒相式動尺激勵定尺反饋，脈沖當量0#8226;25μm；手動操作和數控操作相互獨立、可以任選一種方式，即手動操作可以不依賴于數控系統(tǒng)；開發(fā)機床刀庫運動及換刀等輔助動作的軟件邏輯程序，實施一次裝卡多次換刀切削。改造后機床的整體技術性能改進很大，達到同類進口新機床水平。

主要技術指標：控制系統(tǒng)藍天7501數控系統(tǒng)；CNC控制X、Z軸，控制精度0.1μm，脈沖當量0.25μm ；X軸定位精度：在全行程2100ｍｍ為0.01ｍｍ，Z軸全行程為0#8226;01ｍｍ；12位刀庫的隨機交換，重復換刀精度小于0.01ｍｍ；GTL 、G代碼、參數編程。

SFC系列數控滑臺

成果介紹：SFC系列數控滑臺，通過省部級技術成果和新產品鑒定，獲國家專利授權，被列入2001年度國家級重點新產品。被譽為是“填補了國內空白，處于國內領先水平”的高新技術產品。

可廣泛應用于各種普通機床、鉆床、六角車床和管子車床的數控化改造。普通機床安裝數控滑臺后，可加工圓錐表面、圓弧曲線表面、高精度錐螺紋等各種形狀復雜的零部件。

產品性能：SFC系列數控滑臺，是根據國內大批普通機床設備數控化更新改造的需要而開發(fā)出的新產品。該產品是一種獨立的機電一體化控制裝置，是用于普通機床進行數控化改造的配套設備。該產品采用模塊化設計，具有淬火的鋼導軌和由滾珠絲杠傳動的X軸、Z軸滑板等功能，精度高，剛性好，壽命長。安裝、調試和使用簡便。一臺普通機床安裝該裝置后，既是手動的普通機床，又是簡易的自動數控機床，不但實現了“一機兩用”，而且性能高、成本低、無風險。是機床數控改造中的一種創(chuàng)新設計。

SS-9501T經濟型數控機床控制系統(tǒng)

成果介紹:SS-9501T經濟型數控機床控制系統(tǒng)，用于控制經濟型數控機床。系統(tǒng)處理速度快、控制精度高，具有快速定位、兩軸直線/圓弧插補，公英制單頭、多頭螺紋加工，機械原點、相對原點/坐標變換，絕對、增量或混合編程方式，手動、自動加工方式和空運行方式，刀具補償、絲杠間隙補償等功能；同時具有實時倍率修調、坐標位置保持、柔性齒輪比、標準RS-232通訊和系統(tǒng)I/O狀態(tài)顯示等功能。系統(tǒng)硬件上的信號傳遞全部實現硬連接，首次采用4個CPU，設計合理可靠性高，機械結構簡單，可維護性好。軟件采用模塊化設計，流程清晰，便于增加或裁減系統(tǒng)功能，以滿于不同的控制需要。系統(tǒng)的電磁兼容性指標符合國家有關部門驗收條例的要求，并且達到國際IEC1000-4標準。該系統(tǒng)可與經濟型數控機床配套，也可直接裝備工業(yè)企業(yè)的經濟型數控機床。

該系統(tǒng)性能價格比和工程化及商品化程度較高，控制功能完全可以滿足經濟型數控機床的實際需要，在國內市場具有競爭力。

統(tǒng)及數控加工中心開發(fā)

該成果包括：(1)開放式數控系統(tǒng)硬件平臺的系列化研究。由于國內高中檔數控機床絕大部分依賴進口控制器，其中95%來自國外，這一現狀限制了國內高檔數控系統(tǒng)的發(fā)展。本開發(fā)團隊數控系統(tǒng)的工作雖取得成效，但是產品的系列化程度遠未滿足市場需求，因此，我們將其列為首要的研究內容。

(2)開放式數控系統(tǒng)軟件平臺的系列化研究。軟件平臺的研究最重要的就是保證控制系統(tǒng)體系結構的平臺無關性，并且要滿足網絡化、智能化要求。

(3）高度開放式控制器體系結構研究。追蹤和研究美國開放式模塊化結構控制器(OMAC)標準規(guī)范，同時參考美、日、歐的流行標準，如SOSAS和OSACA等，提出我國的開放式數控系統(tǒng)體系結構和標準規(guī)范，并用面向對象（OO）的理論、方法及特定領域的軟件體系結構（DSSA）開發(fā)方法建立其軟件參考模型。

(4)加工過程的智能控制理論與方法。采用先進的實時自適應自動調節(jié)控制技術（A3ART），實時地控制機床的進給速度與主軸速度，在最佳狀態(tài)滿足高速與高精度要求，防止進給率變化引起的機械振動，發(fā)揮機床的最大生產率。采用模糊控制、專家系統(tǒng)、神經網絡、遺傳算法等人工智能技術（AI）技術，在人機界面、加工過程、診斷過程等方面提高CNC系統(tǒng)的智能化程度，提高生產率。例如，自動生成最佳的CNC系統(tǒng)配置、工藝參數配置與PLC配置的關鍵參數；實時補償加工過程，因機床運動、周圍環(huán)境條件和各類其它因素變化引起的誤差；減少機床空轉，發(fā)揮最大生產效率，減少生產成本；增加自學習功能等。該成果在多家企業(yè)應用。

高速高精鏜銑加工中心用數控系統(tǒng)及設備開發(fā)

1.開放式控制器體系結構研究

追蹤和研究美國開放式模塊化結構控制器(OMAC)標準規(guī)范，同時參考美、日、歐的流行標準（如SOSAS和OSACA等）以及我國正在制定的相關標準，提出開放式數控系統(tǒng)體系結構和標準規(guī)范，并用面向對象（OO）的理論、方法及特定領域的軟件體系結構（DSSA）開發(fā)方法建立其軟件參考模型。

2.開放式數控系統(tǒng)軟硬件平臺的研究開發(fā)

工業(yè)標準總線和現場總線技術研究

工業(yè)標準模板開發(fā)與配置：標準工控 CPU模板，SOC技術及基于SOC的控制模板，數控接口設備板等。

數控軟件系統(tǒng)的模塊化、組件化設計與實現方法

應用程序接口（API）及人機界面生成軟件等

典型加工工藝應用軟件：如M（銑），T（車）加工工藝軟件，鏜銑（加工中心）工藝軟件，TC（車削中心）工藝軟件等。

3.嵌入式實時控制系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的研究開發(fā)。基于嵌入式實時操作系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境來開發(fā)嵌入式的工業(yè)控制系統(tǒng)已經成為當前數控和其他工控系統(tǒng)的主流開發(fā)模式。

4.構建高速高精度運動控制算法庫。核心算法構件化，實現算法軟件的組件化，通過構件庫的建立，減少傳統(tǒng)控制器設計中的重復開發(fā)，實現軟件復用，縮短新產品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，探索一種新型控制器軟件的生產模式。

5.加工過程的智能控制理論與方法。把先進的自適應控制技術和專家系統(tǒng)等人工智能技術應用于CNC系統(tǒng)參數的自動配置、診斷過程等方面，實時補償加工過程，減少誤差，提高CNC系統(tǒng)的智能化程度。

6.產品可靠性及控制系統(tǒng)電磁兼容理論、方法與檢測技術采用緊湊結構數控硬件系統(tǒng)，嵌入式和FPGA的壓縮設計和實現技術。按IEC1000系列標準，研究并建立控制系統(tǒng)檢測方法和技術指標。