華中數(shù)控系統(tǒng)的研究與應用

1、北華航天工業(yè)學院成人教育本科畢業(yè)設計（論文）北華航天工業(yè)學院繼續(xù)教育學院 畢業(yè)設計（論文）題 目 華中數(shù)控系統(tǒng)的研究與應用 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 層 次 本科 學 生 班 號 學 號 51號 指 導 教 師 答 辯 日 期 2015年10月24日 北華航天工業(yè)學院北華航天工業(yè)學院成人教育本科畢業(yè)設計（論文）摘 要現(xiàn)代數(shù)控技術是20世紀70年代發(fā)展起來的機床控制技術，是綜合微電子技術，計算機技術，現(xiàn)代控制技術，傳感檢測技術，信息處理，網(wǎng)絡通信而形成的一種高新技術，本文主要介紹數(shù)控系統(tǒng)在整個機械制造業(yè)中所起的重要作用，并詳細說明華中數(shù)控系統(tǒng)的組成和在普通車床C6132具體應用。為其選配華

2、中“世紀星”系列數(shù)控系統(tǒng)HNC-21T，該系統(tǒng)采用先進的開放式體系結構，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC，配置8.4 "or 10.4"彩色液晶顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及軟驅、DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能、具有低價格、高性能、配置靈活、結構緊湊、易于使用、可靠性高的特點。其主要應用于車削中心等數(shù)控機床的控制。關鍵詞： 數(shù)控系統(tǒng) 控制技術 信息處理 結構緊湊AbstractModern numerical control technology is developed in the 1970 s, mac

3、hine tool control technology is integrated micro-electronics technology, computer technology, modern control technology, sensor detecting technology, information processing, network communication and form a kind of new and high technology, this paper mainly introduces the numerical control system in

4、 the mechanical manufacturing industry, the important role that detailed description and composition of huazhong NC system and its concrete application in C6132 ordinary lathe.For its selection of huazhong HNC - 21 "century star" series nc system t, the system USES the advanced open archit

5、ecture, built-in embedded industrial PC, configuration of 8.4 "or 10.4" color LCD display panel and general engineering, integration of feed shaft interface, spindle interface, handheld unit interface, embedded PLC interface at an organic whole, using electronic trading program storage and

6、 program exchange functions such as floppy disk, DNC, Ethernet, a low price, high performance, flexible configuration, the characteristics of compact structure, easy to use, high reliability.Its mainly used in turning center, CNC machine tool control.    Keywords: CNC system、 Con

7、trol technology、 information processing、Compact structure 北華航天工業(yè)學院成人教育本科畢業(yè)設計（論文）目 錄摘 要IAbstractII第1章 前 言11.1 數(shù)控技術的發(fā)展簡史11.1.1 數(shù)控(NC)階段(19521970年)11.1.2 計算機數(shù)控(CNC)階段(1970現(xiàn)在)11.2 計算機數(shù)控系統(tǒng)概述11.3 我國數(shù)控系統(tǒng)技術的發(fā)展概述與現(xiàn)狀分析41.4 本課題研究背景及必要性51.5 數(shù)控系統(tǒng)選配后機床應具有的功能61.6 選配完成后的調(diào)試6第2章 華中數(shù)控技術的發(fā)展及國內(nèi)市場情況概述62.1 華中數(shù)控技術的發(fā)展62.2 華

8、中數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)市場情況分析8第3章 華中數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)品系列及各自特點93.1世紀星HNC-21/22M銑床（加工中心）數(shù)控系統(tǒng)93.1.1 HNC-21/22M銑削（加工中心）系統(tǒng)優(yōu)點93.1.2 世紀星HNC-21/22數(shù)控系統(tǒng)選件103.1.3 世紀星HNC-21/22數(shù)控系統(tǒng)簡介113.2 世紀星HNC-21/22T車床數(shù)控系統(tǒng)163.2.1 HNC-21/22T車削系統(tǒng)163.2.2 系統(tǒng)選件163.2.3 世紀星HNC-21/22數(shù)控系統(tǒng)簡介173.3 世紀星HNC-18i/19i系列數(shù)控系統(tǒng)283.3.1 HNC-18iT/19iT車削系統(tǒng)283.3.2 HNC-18iM/19iM

9、銑削系統(tǒng)293.3.3 系統(tǒng)選件293.3.4 世紀星HNC-18i/19i數(shù)控系統(tǒng)功能描述303.4 HSV-16D全數(shù)字交流伺服驅動單元簡介423.4.1 HSV-16D全數(shù)字交流伺服驅動單元的特點423.4.2 HSV-16D全數(shù)字交流伺服驅動單元的控制方式433.4.3 HSV-16D全數(shù)字交流伺服驅動單元的技術規(guī)格433.5 HSV-18D全數(shù)字交流伺服驅動單元簡介443.5.1 HSV-18D全數(shù)字交流伺服驅動單元的特點443.5.2 HSV-18D全數(shù)字交流伺服驅動單元的五種控制方式453.5.3 HSV-18D全數(shù)字交流伺服驅動單元技術規(guī)格453.6 HSV-18S全數(shù)字交流主

10、軸驅動單元簡介463.6.1 HSV-18S全數(shù)字交流主軸驅動單元特點463.6.2 HSV-18S全數(shù)字交流主軸驅動單元的四種控制方式473.6.3 HSV-18S全數(shù)字交流主軸驅動單元技術規(guī)格47第4章 選配華中數(shù)控系統(tǒng)方案的確定494.1 C6132車床概述494.2 選配總體方案504.3 數(shù)控系統(tǒng)的選取514.3.1數(shù)控系統(tǒng)選配514.3.2 驅動單元的選配544.3.3 功能選擇554.4 選配方案確定574.5 C6132車床數(shù)控化改造后具備的性能584.6 C6132車床數(shù)控化改造后能達到的技術參數(shù)59第5章 結論60參考文獻61附錄63致謝72北華航天工業(yè)學院成人教育本科畢業(yè)

11、設計（論文）第1章 前 言1.1 數(shù)控技術的發(fā)展簡史1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。1.1.1 數(shù)控(NC)階段(19521970年)早期計算機運算速度低，這對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控，簡稱為數(shù)控(NC)。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年第一代電子管；1959年第二代晶體管；1965年第三代 小規(guī)模集成電路。1.1.2 計算機數(shù)控(CNC

12、)階段(1970現(xiàn)在)到1970年，通用小型計算機已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。其運算速度比五六十年代有了大幅度的提高，比專門“搭”成的專用計算機成本低、可靠性高。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控(CNC)階段(把計算機前面應有的“通用”兩個字省略了)。1971年美國Intel公司第一次將計算機的兩個最核心的部件運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器，又可稱中央處理單元(簡稱CPU)。1974年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為仿計算機數(shù)控。到了1990年，PC機(個人計算機，國內(nèi)習慣稱微機)的性能已發(fā)展到很高

13、的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且PC機生產(chǎn)批量很大，價格便宜，可靠性高，數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段。計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代，即1970年第四代小型計算機，1974年第五代微處理器和1990年第六代基于PC的階段(國外稱為PCBASED)。數(shù)控系統(tǒng)近50年來經(jīng)歷了兩個階段六代的發(fā)展，只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低、價格昂貴、應用不方便等極為關鍵的問題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達國家，數(shù)控機床大規(guī)模得到應用和普及也是七十年代末八十年代初以后的事情，也即數(shù)控技術經(jīng)過近年的發(fā)展才走向普及應用。雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控(即CNC)了，而我國仍習慣稱數(shù)控(NC)。所

14、以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)控”實質(zhì)上已是指“計算機數(shù)控”了。1.2 計算機數(shù)控系統(tǒng)概述 計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)主要由圖1-1所示的虛線框中的幾個部分組成，雙點畫線框中為數(shù)控系統(tǒng)的控制對象，這里以數(shù)控機床為例進行說明。圖11 數(shù)控系統(tǒng)的組成1.操作面板是操作人員與數(shù)控機床(系統(tǒng))進行交互的工具。一方面，操作人員可以通過操作面板對數(shù)控機床(系統(tǒng))進行操作、編程、調(diào)試或對機床參數(shù)進行設定和修改，另一方面，操作人員也可以通過它了解或查詢數(shù)控機床(系統(tǒng))的運行狀態(tài)。操作面板主要由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列(功能與計算機鍵盤一樣)和顯示器等部分組成，如圖1-2所示。按鍵陣列2.輸人輸出設備是CNC系統(tǒng)與外部設備進

15、行交互的裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或將調(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質(zhì)上。數(shù)控機床常用的控制介質(zhì)和輸入輸出設備見表1-1顯示器按鈕站狀態(tài)燈圖12 操作面板表11 控制介質(zhì)與輸入輸出設備控制介質(zhì)輸入設備輸出設備穿孔紙帶紙帶閱讀機紙帶穿孔機磁帶磁盤磁帶機磁盤驅動器此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都可采用通信方式實現(xiàn)CNC系統(tǒng)與外部設備問的信息交換，這種信息交換方式是實現(xiàn)DNC、FMS 和CIMS等的基本技術。目前在數(shù)控機床上常采用的通信方式有：1）串行通信(RS232等串口)。2）自動控制專用接口和規(guī)范(DNC方式，專用接

16、口卡等)。3）網(wǎng)絡技術(Internet，LAN等)。3計算機數(shù)控(CNC)裝置(或CNC單元)是計算機數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理(如運動軌跡插補計算、機床輸入輸出處理等)，然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件(伺服單元、驅動裝置和PLC等)，加工出需要的零件。所有這些工作由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進行工作。CNC裝置主要由計算機系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板、通信接口板、擴展功能模塊以及相應的控制軟件等模塊組成。4伺服單元、驅動裝置和測量裝置伺服單元和驅動裝置包括主軸伺服驅動裝置和主軸電動機、進給伺服驅動裝置和進給電動機

17、。伺服單元把來自CNC裝置的微弱指令信號放大成控制驅動裝置的大功率信號，驅動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C械運動。測量裝置包括位置和速度測量裝置，它是實現(xiàn)速度閉環(huán)控制(主軸、進給)和位置閉環(huán)控制(進給)的必要裝置。伺服單元、驅動裝置和測量裝置合稱為伺服驅動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置。CNC裝置的指令要靠伺服驅動系統(tǒng)付諸實施，所以，伺服驅動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。進給伺服系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)零件加工的成形運動，其控制量為速度和位置。主軸伺服系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)零件加工的切削運動，其控制量為速度。它們一個共同的特點是能靈敏、準確地跟蹤CNC裝置的位置和速度指令。從某種意義上可以說，數(shù)控機床功

18、能的強弱主要取決于CNC裝置，而數(shù)控機床性能的好壞則主要取決于伺服驅動系統(tǒng)。5PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)用于完成與邏輯運算有關的順序動作的控制，其由硬件和軟件組成。機床I/O電路和裝置是數(shù)控機床實現(xiàn)輸入/輸出控制的執(zhí)行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開關和接觸器等組成的邏輯電路。PLC、機床I/O電路和裝置共同完成以下任務:1)接受CNC的指令，對其進行譯碼并轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作。2)接受操作面板和機床側的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC 系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機床的動作。6機床是數(shù)控

19、機床的主體，是數(shù)控系統(tǒng)的被控對象，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。它主要由主運動部件、進給運動部件(工作臺、拖板以及相應的傳動機構)、支承件(立柱、床身等)以及特殊裝置(刀具自動交換系統(tǒng)、工件自動交換系統(tǒng))和輔助裝置(如冷卻、潤滑、排屑、轉位和夾緊裝置等)組成。數(shù)控機床機械部件的組成與普通機床相似，但傳動結構較為簡單，在精度、剛度和抗震性等方面要求高，而且其傳動和變速系統(tǒng)要便于實現(xiàn)自動化控制。1.3 我國數(shù)控系統(tǒng)技術的發(fā)展概述與現(xiàn)狀分析我國從1958年起，由一些科研院所、高等學校和少數(shù)機床廠起步進行數(shù)控系統(tǒng)的研制和開發(fā)。由于受到當時國產(chǎn)電子元器件水平低、部門經(jīng)濟等因素的制約，未能取得較大的進展。在改

20、革開放以后，我國數(shù)控技術才逐步取得實質(zhì)性的進展。經(jīng)過“六五”(19811985年)的引進國外技術，“七五”(19861990年)的消化吸收和“八五”(19911995年)國家組織的科技攻關和“九五”(19962000年)國家組織的產(chǎn)業(yè)化攻關，才使得我國數(shù)控系統(tǒng)技術有了質(zhì)的飛躍?！笆濉逼陂g，據(jù)國家統(tǒng)計局資料，2005年我國機床工具行業(yè)合計完成工業(yè)總產(chǎn)值1260億元人民幣，是九五末期的23倍；產(chǎn)品銷售收入1213億元，是九五末期的239倍。據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會提供的數(shù)據(jù)，“十五”期間，我國數(shù)控機床行業(yè)實現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺，2002年24803臺，2003年36813

21、臺，2004年51861臺，是2001年的3.7倍，平均年增長39%；2005年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量59639萬臺，接近6萬臺大關，是九五末期的424倍。 與機床發(fā)展迅猛的現(xiàn)狀相比，作為機床“心臟部件”的數(shù)控系統(tǒng)，2005年銷量超過3萬臺。中國機床工具工業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)表明，自2002年起連續(xù)三年銷售額已居日本、德國、意大利之后，排名第四位。 當前通過國家攻關驗收和鑒定的數(shù)控系統(tǒng)有北京珠峰公司的中華I型，航天數(shù)控集團的航天l型，華中數(shù)控公司的華中l(wèi)型和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心的藍天l型，以及它們的派生產(chǎn)品，還有其他通過“國家機床質(zhì)量監(jiān)督測試中心”測試合格的國產(chǎn)系統(tǒng)等。我國現(xiàn)有數(shù)控機床生產(chǎn)廠家1

22、00多家, 生產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品幾千種以上。產(chǎn)品主要分為3種類型: 經(jīng)濟型、普及型、高檔型。在第八屆中國國際機床展覽會上, 展出大陸國產(chǎn)機床700多臺, 在600多臺金屬切削機床和近100臺金屬成形機床展品中,數(shù)控機床分別占75%和54%。這既體現(xiàn)了中國數(shù)控機床市場的需求趨勢, 也反映中國在數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化方面取得的突破性進展。盡管如此, 國產(chǎn)數(shù)控機床在機床中的比重還是很低的(中國機床數(shù)控化率不足5%、日本已經(jīng)達到75%、歐美亦達到65% )。我國數(shù)控技術的現(xiàn)狀是: 系統(tǒng)的技術含量低, 產(chǎn)生的附加值少,不具備與進口系統(tǒng)進行全面抗衡的能力,只在低端市場占有一席之地, 還不能為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)起到支撐。由此可見

23、,中國數(shù)控產(chǎn)業(yè)還有很大的發(fā)展空間、廣闊的市場和無限的發(fā)展?jié)摿?。?shù)控技術是實現(xiàn)機械制造自動化的關鍵, 直接影響到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力, 關系到一個國家的戰(zhàn)略地位。作為制造系統(tǒng)最基本的加工單元, 以數(shù)控技術為核心的數(shù)控機床的生產(chǎn)和應用已成為衡量一個國家工業(yè)化程度和技術水平的重要標志。世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術, 以提高制造能力和水平, 提高對市場的適應能力和競爭力。我國是制造大國, 無論是從戰(zhàn)略的角度還是從發(fā)展策略上, 都需要加強數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是在數(shù)控產(chǎn)業(yè)中占核心的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)。1.4 本課題研究背景及必要性 自從進入21世紀以來，隨著高科技的不斷提高，機械制造業(yè)已得到日益

24、發(fā)展和壯大。與此同時，它對機加工的要求也不斷提高，尤其是對機加工的制造母機機床。原來的一些功能單一、操作復雜、應用面窄的老式舊機床已逐漸被淘汰，取而代之的是一批功能齊全、操作簡單、應用廣泛的新式數(shù)控機床。而數(shù)控機床憑借著高精度化、運動高速化、高柔性化、高自動化、復合化、高可靠性、宜人性等特點，在機械制造業(yè)中異軍突起?，F(xiàn)代數(shù)控技術是20世紀70年代發(fā)展起來的機床控制新技術，它是綜合了微電子技術、計算機技術、現(xiàn)代控制技術、傳感檢測技術、信息處理技術、網(wǎng)絡通信技術和機械制造技術的最新成就形成的一種高新技術，是先進制造技術的核心技術之一。當今世界是一個處處充滿著競爭的世界，而我國作為一個制造業(yè)大國，也

25、不可避免地被卷進這場競爭之中。但我國目前機床總量400余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6。我國機床役齡10年以上的占60以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，

26、直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。因此，從我國國情和現(xiàn)實生產(chǎn)實際出發(fā)，對原有的舊數(shù)控機床進行新的數(shù)控改造勢必成為解決這一生產(chǎn)矛盾的最佳途徑，花盡可能少的錢，就能減少資源浪費，降低故障率。也只有這樣才能使我國由制造業(yè)大國變成制造業(yè)強國，在世界競爭舞臺上占有一席之地。改造數(shù)控設備,重要的一點是正確選用好數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)的性能如何關系到機床設備性能是否能夠真正得到恢復和提高。因此改造的重要一步,就是先對設備的性能、使用操作、各項技術參數(shù)等進行全面的掌握、了解,熟悉機床電氣工作原理與配置使用情況,在充分技術分析論證基礎上,結合數(shù)控系統(tǒng)的市場調(diào)查結果,最終確定具體改造選配方案。

27、1.5 數(shù)控系統(tǒng)選配后機床應具有的功能其一是恢復原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復； 其二是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；用最新CNC系統(tǒng)進行更新； 其三是技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。1.6 選配完成后的調(diào)試調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進行。調(diào)試中首先使安全保護系統(tǒng)靈敏，防止人身、設備等事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場必須清理干凈，無多余物品；各運動坐標拖板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后再加載；

28、能模擬試驗的，先模擬后再實動；能手動的，先手動后再自動。其內(nèi)容有： 1.機床機械性能驗收2.電氣控制功能和控制精度驗收3.試件切削驗收4.圖紙、資料驗收第2章 華中數(shù)控技術的發(fā)展及國內(nèi)市場情況概述2.1 華中數(shù)控技術的發(fā)展武漢華中數(shù)控股份有限公司成立于1995年，由華中理工大學、國家科技部、湖北省、武漢市科委、武漢市東湖高新技術開發(fā)區(qū)、香港大同工業(yè)設備有限公司等政府部門和企業(yè)共同投資組建。武漢華中數(shù)控股份有限公司是從事數(shù)控系統(tǒng)及其裝備研究、開發(fā)和生產(chǎn)的高科技企業(yè)，公司以華中科技大學和“國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術研究中心”為技術依托。近年來，公司承擔了國家科技部、計委、經(jīng)貿(mào)委和地方部門的多項重大項目，

29、開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權的華中I型、華中世紀星數(shù)控系統(tǒng)達到國際先進水平，獲得了國家科技進步二等獎、國家教委科技進步一等獎等，并被列為國家重點新產(chǎn)品。1994年，在國家“八五”攻關項目支持及中國工程院院士周濟的指導下，華中科技大學數(shù)控專家拋棄了西方普遍采用的“基于專用計算機”的研發(fā)思路，走“以通用工業(yè)微機為硬件平臺，以DOS、Windows為開放式軟件平臺”的技術路線。這一創(chuàng)新的技術路線避開了制約我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的硬件制造“可靠性”瓶頸，使得中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與國際同行站在了同一起跑線上，通過軟件技術的創(chuàng)新，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)技術的突破，用通用的工業(yè)計算機和電子器件，自主開發(fā)出打破國外封鎖的4通道、9軸

30、聯(lián)動“華中I型”高性能數(shù)控系統(tǒng)。“十五”期間，華中科技大學在數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、科研與人才培養(yǎng)上又取得突破性進展，建成中國最先進的數(shù)控技術產(chǎn)學研大平臺。在產(chǎn)業(yè)方面，華中數(shù)控建成了年產(chǎn)5000臺套高性能數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，具有自主知識產(chǎn)權和高性價比的“世紀星”高、中、低端系列數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品完成工程化和商品化，銷售近萬臺套；具有自主知識產(chǎn)權的系列數(shù)字交流伺服驅動單元和主軸伺服驅動單元已完成工程化和商品化，銷售2萬多臺；成為目前國內(nèi)唯一擁有成套核心技術自主知識產(chǎn)權和自主配套能力的機床企業(yè)；8個產(chǎn)品獲得國家重點新產(chǎn)品稱號；華中數(shù)控系統(tǒng)與國內(nèi)數(shù)十家一流主機廠實現(xiàn)了批量配套，銷售額連年翻番；華中數(shù)控已躍升為中國數(shù)

31、控系統(tǒng)行業(yè)的強勢品牌。在“十五”期間，工程中心累計實現(xiàn)了科研經(jīng)費收入3671萬元，其中國家自然科學基金、國家“973”、國家“863”項目、國家科技攻關項目、國家高技術產(chǎn)業(yè)化示范工程等國家級項目27項，累計完成科技成果鑒定8項，申報專利5項。華中科技大學數(shù)控技術學科已成為一個與世界水平并駕齊驅的學科?！笆濉逼陂g在全國各地建立了17個培訓分中心，為企業(yè)、學校和社會培養(yǎng)數(shù)控技能人才1萬多人。已為全國近300所職校與大專院校提供了配備華中數(shù)控系統(tǒng)的3000多臺機床，建立了各種規(guī)模的數(shù)控技術實訓基地，為中國制造業(yè)培養(yǎng)了大批高技能緊缺人才。華中數(shù)控與桂林機床股份有限公司合作，開發(fā)研制出了配備華中數(shù)控系

32、統(tǒng)的五坐標聯(lián)動龍門銑床，成為我軍工企業(yè)首次購買和使用全國產(chǎn)化五坐標聯(lián)動數(shù)控設備。華中數(shù)控分別與武漢重型機床廠、齊重數(shù)控裝備股份有限公司，共同開發(fā)了“七軸五聯(lián)動重型車銑復合加工中心”，共同打造了一批“共和國當家設備”。華中數(shù)控還與國內(nèi)企業(yè)聯(lián)合開發(fā)高技術含量新產(chǎn)品，填補了一批國內(nèi)空白，成功開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的數(shù)控玻璃刻花機，填補了國內(nèi)空白。華中數(shù)控與長江機床廠、武漢機床廠、浙江精工等單位共同開發(fā)的數(shù)控非圓插齒機、數(shù)控拉刀磨床、數(shù)控自動鉆床等產(chǎn)品也填補了國內(nèi)空白，為傳統(tǒng)機械產(chǎn)品的結構調(diào)整和技術升級做出了貢獻。華中數(shù)控具備較強的系統(tǒng)配套能力，可生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)、全數(shù)字交流伺服主軸系統(tǒng)、全數(shù)字交流伺服驅

33、動系統(tǒng)等產(chǎn)品，可以為用戶提供數(shù)控系統(tǒng)全套解決方案。多年來，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的滯后，很大程度上影響著我國機床制造業(yè)，乃至中國制造業(yè)的發(fā)展。近年來國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的性能、功能和可靠性已有大幅提高，與國外的差距不斷縮小。從技術層面看，國產(chǎn)系統(tǒng)可以滿足國內(nèi)生產(chǎn)的90%以上的數(shù)控機床的技術要求，國產(chǎn)中高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的曙光已初現(xiàn)。目前華中數(shù)控已派生出了十多種系列三十多個產(chǎn)品，廣泛用于車、銑、加工中心、磨、鍛、齒輪、仿形、激光加工、玻璃加工、紡織機械等設備。華中世紀星數(shù)控系統(tǒng)具有低價格、高性能、簡單、可靠、結構牢靠，造型美觀，體積小巧等特點。采用彩色液晶顯示器，具有高亮度、高對比度，色彩明亮，視角寬廣等優(yōu)

34、點。支持6軸聯(lián)動和全閉環(huán)控制，適用于各種車、銑床加工中心等機床的控制，采用國際標準G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM 自動編程系統(tǒng)兼容，具有極高的性能價格比。華中數(shù)控自主開發(fā)了具有當今國內(nèi)領先水平的HSV-16D、HSV-20D 數(shù)字交流伺服驅動單元、HSV-20S 數(shù)字交流伺服主軸單元，采用模塊化結構，具有精度高、響應快、超低速性能好，技術性能達到國際先進水平。自主開發(fā)的GK6、GK7 系列交流永磁同步伺服電機（1400NM）和GM7系列主軸電機（3.7KW100KW）產(chǎn)品，是目前國內(nèi)伺服電機系列品種最多、最全的生產(chǎn)企業(yè)。雖然華中數(shù)控十多年來取得了一些成績，但離國家要求還很遠，面對強大的

35、國外對手，民族數(shù)控系統(tǒng)在國內(nèi)的份額仍很低，只有5%。如何從技術突破到產(chǎn)業(yè)突圍，是中國數(shù)控產(chǎn)業(yè)最終能不能做大的關鍵。 目前國際機床市場的消費主流是數(shù)控機床，世界數(shù)控機床消費趨勢已從初期以數(shù)控電加工機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉向以加工中心、專用數(shù)控機床、成套設備為主。實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式的轉變，先進制造業(yè)是傳統(tǒng)制造業(yè)的改造方向，傳統(tǒng)工業(yè)如汽車、機械、家電、紡織、農(nóng)機、環(huán)保等行業(yè)的技術改造，對數(shù)控機床的需求繼續(xù)攀升；電子信息、生物工程、新能源新材料等高新技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又為精密、高效、專用數(shù)控機床開辟了新的需求?！笆晃濉逼陂g，國產(chǎn)數(shù)控機床國內(nèi)市場占有率從十五末期的26.9%上升到50%以上。這就為大力

36、開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的高中端數(shù)控系統(tǒng)提供了寬闊的市場空間。2.2 華中數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)市場情況分析目前，華中數(shù)控系統(tǒng)已與國內(nèi)多家加工中心主機廠實現(xiàn)了批量配套應用，例如北京機電院高技術股份有限公司、安徽鴻慶精機有限公司、大連機床集團、成都托普數(shù)控有限責任公司、南通縱橫國際股份有限公司、南京第二機床廠、江蘇多棱數(shù)控機床股份有限公司、杭州友嘉機床集團、武漢高科機械設備制造有限公司等。這是華中數(shù)控系統(tǒng)在典型加工中心上的應用實例：華中數(shù)控系統(tǒng)配套北京機電院VMC750E/BV75加工中心、華中數(shù)控系統(tǒng)配套安徽鴻慶DM4600加工中心、華中數(shù)控系統(tǒng)配套成都托普EVC750加工中心、華中數(shù)控系統(tǒng)配套大連機床集團

37、VDL600加工中心。 加工中心配備華中數(shù)控系統(tǒng)的主要用戶還有武漢協(xié)力精密制造有限公司，以及上海市工業(yè)技術學校、無錫職業(yè)技術學院、常州輕工職業(yè)技術學院、長春職業(yè)技術學院等二十多所國家數(shù)控教學示范性實訓基地。 21世紀數(shù)控技術的主流是開放和智能，數(shù)控設備的發(fā)展方向是“高速、高精、高效、復合和網(wǎng)絡化”。在這方面，華中數(shù)控與國外的差距不大：他們開發(fā)的曲面插補算法被專家評價為“國際首創(chuàng)”；他們研制的教育數(shù)控機床，國內(nèi)市場占有率高達70以上，全國有100多所學校定購了這種機床，在教育部世界銀行貸款招標項目中一次性中標101臺。到2010年華中數(shù)控將實現(xiàn)年銷售數(shù)控系統(tǒng)3萬臺以上，在國內(nèi)市場達到25的市場占

38、有率，使華中數(shù)控真正成為中國中高檔數(shù)控系統(tǒng)研究、開發(fā)中心，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)的重要基地，成為有一定國際知名度的數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)，在高速、高精、多軸多通道的下一代數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)和產(chǎn)品化方面達到國際先進水平。第3章 華中數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)品系列及各自特點3.1世紀星HNC-21/22M銑床（加工中心）數(shù)控系統(tǒng)HNC-21M數(shù)控系統(tǒng) HNC-22M數(shù)控系統(tǒng)  “世紀星”系列數(shù)控系統(tǒng)HNC-21/22M采用先進的開放式體系結構，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC，配置8.4”或10.4”彩色液晶顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及軟驅、DNC、以太

39、網(wǎng)等程序交換功能、具有低價格、高性能、配置靈活、結構緊湊、易于使用、可靠性高的特點。主要應用于銑、加工中心等各類數(shù)控機床的控制。3.1.1 HNC-21/22M銑削（加工中心）系統(tǒng)優(yōu)點最大聯(lián)動軸數(shù)為6軸。可選配各種類型的脈沖式交流伺服驅動系統(tǒng)（如HSV-16系列全數(shù)字交流伺服驅動單元）。 除標準機床控制面板外，配置40路開關量輸入和32路開關量輸出接口、手持單元接口、主軸控制與編碼器接口。還可擴展20路輸入/16路輸出。 采用8.4”(HNC-22M為10.4”)彩色液晶顯示器（分辨率為640×480），全漢字操作界面故障診斷與報警、加工軌跡圖形顯示和仿真，操作簡便，易于掌握和使用。

40、 采用國際標準G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動編程系統(tǒng)兼容，具有直線插補、圓弧插補、螺旋線插補、固定循環(huán)、旋轉、縮放、鏡像、刀具補償、宏程序等功能。 小線段連加工功能，特別適合于CAD/CAM設計的復雜模具零件加工。 加工斷點保存/恢復功能，方便用戶使用。 反向間隙和單、雙向螺距誤差補償功能。 巨量程序加工能力。不需DNC，配置大容量存儲器可直接加工單個高達2GB的G代碼程序。 內(nèi)置RS232通訊接口，輕松實現(xiàn)機床數(shù)據(jù)通訊。 32MB  Flash  RAM(可擴充至2GB)程序斷電存儲，32MB RAM加工內(nèi)存緩沖區(qū)。3.1.2 世紀星HNC-21/22數(shù)控系統(tǒng)

41、選件軟驅單元全密封結構 3.5”標準軟盤驅動器 標準PC鍵盤轉接口 RS232、以太網(wǎng)轉接口 DNC單元 全密封結構 標準PC鍵盤轉接口 RS232、以太網(wǎng)轉接口 以太網(wǎng) 10MB/100MB速度自適應 支持NT/NOVELL網(wǎng)絡 支持文件網(wǎng)絡傳輸 手持單元 手搖脈沖發(fā)生器 坐標選擇 倍率選擇 緊急停止按鈕 手持使能按鈕 輸入/輸出端子板 電器輸出端子板3.1.3 世紀星HNC-21/22數(shù)控系統(tǒng)簡介系統(tǒng)配置 程序緩沖區(qū)：32MB 零件程序和斷點保護區(qū)：基本32MB，可擴展至2GB（選件） 進給軸接口類型：脈沖接口（HSV-16系列） 主軸驅動單元接口 主軸編碼器接口 開關量輸入輸出接口：40

42、輸入/32輸出，可擴展20輸入/16輸出（選件） 手持單元接口 軟驅單元接口 RS232接口 以太網(wǎng)接口（選件） 標準PC鍵盤接口 手持單元（選件） 軟驅單元（選件） I/Q端子板（支持NPN和PNP型開關量）(選件) CNC功能 最大控制軸數(shù)：6進給軸+1主軸 聯(lián)動軸數(shù)：6軸（銑） 最小分辨率：1微米 最大移動速度：24米/分鐘（與驅動單元、機床相關） 直線、圓弧、螺紋功能 自動加減速控制（直線/拋物線） 參考點返回 坐標系設定 MDI功能 M、S、T功能 加工過程圖形靜態(tài)仿真和實時跟蹤 內(nèi)部二級電子齒輪 固定銑削循環(huán)（銑） CNC編程 編程最小單位：0.001毫米、度 最大編程尺寸：999

43、99.999 最大編程行數(shù)：20億行 公/英制編程 絕對/相對指令編程 宏指令編程 子程序調(diào)用 工件坐標系設定 平面選擇（銑） 坐標旋轉、縮放、鏡像（銑） 編輯 后臺編輯（選件） 字符查找與替換 文件刪除及拷貝 顯示 中文菜單功能 圖形顯示 狀態(tài)顯示 當前位置顯示 程序顯示 程序錯誤顯示 操作錯誤顯示 報警顯示 坐標軸設置顯示 主軸速度及修調(diào) 進給速度及修調(diào) 快速進給及修調(diào) 自診斷功能 插補功能 直線插補，最大6個軸 圓弧插補 螺紋切削 螺旋線插補 正弦線插補 刀具補償 刀具長度補償 刀尖半徑補償 參考點功能參考點位置設定 參考點開關偏差設定 回參考點快移速度設定 回參考點定位速度設定 數(shù)據(jù)交

44、換 RS232 以太網(wǎng)（選件） 3.5”軟驅（選件） 操作 8.4”/10.4”彩色液晶顯示屏 防靜電薄膜編程面板與機床操作面板 PC標準鍵盤接口 手持單元（選件） 圖形顯示功能與動態(tài)實時仿真 網(wǎng)絡通訊功能（選件） 操作方式 自動 單段 MDI 點動 步進增量進給 手搖增量進給 手動/自動回參考點 進給保持 重新對刀 空運行 保存斷點/返回斷點 坐標軸監(jiān)視 機床坐標系顯示 工件坐標系顯示 跟蹤誤差顯示 剩余進給顯示 進給速度顯示 主軸速度顯示 指令位置顯示 實際位置顯示 工件坐標系原點顯示 運動軌跡顯示 進給軸功能 無限制旋轉軸功能 最高設定速度16000 mm/min 進給修調(diào)0%到150%

45、 快移修調(diào)0%到150% 每分鐘進給/每轉進給 多種回參考點功能：單向、雙向 快移、進給加減速設定 最大跟蹤誤差設定 輔助功能 主軸正反轉 自動換刀 冷卻開/停 主軸功能 主軸速度：可通過PLC編程控制（最大99999 rpm）主軸修調(diào)：從0%到150%主軸速度和修調(diào)顯示 變速比和變速比級數(shù)可通過PLC編程控制 編碼器接口 螺紋功能 主軸定向 PLC功能 內(nèi)嵌式PLC 提供標準PLC例程 PLC狀態(tài)顯示 安全功能 坐標軸軟極限保護 斷電保護區(qū) 加工斷點保存/斷點恢復 參數(shù)備份與恢復 參數(shù)權限保護 加工統(tǒng)計 技術規(guī)格 輸入電源：AC24V  50W+DC24V50W或者DC24V100

46、W AC電源頻率：50Hz 安裝方式：控制柜內(nèi) 運行、儲存環(huán)境（如下表） 光電隔離開關量輸入接口（40位），可擴展20位 光電隔離開關量輸出接口（32位），可擴展16位 輸出電流范圍0-100mA 輸出電壓范圍DC24V 主軸模擬量輸出接口 分辨率：12位 輸出電壓：DC±10V或0-+10V 主軸編碼器輸入接口 方波差分接收 手搖脈沖發(fā)生器輸入接口，TTL電平輸入 進給軸脈沖輸出接口/HSV-16伺服接口（最大6個）差分輸出，包括脈沖及方向信號，最高脈沖頻率2MHZ 進給軸碼盤反饋輸入接口（最大6個） RS422差分輸入3.2 世紀星HNC-21/22T車床數(shù)控系統(tǒng)世紀星HNC-2

47、1T數(shù)控系統(tǒng) 世紀星HNC-22T數(shù)控系統(tǒng)“世紀星”系列數(shù)控系統(tǒng)HNC-21/22T采用先進的開放式體系結構，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC，配置8.4”或10.4”彩色液晶顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及軟驅、DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能、具有低價格、高性能、配置靈活、結構緊湊、易于使用、可靠性高的特點。主要應用于車、車削中心等數(shù)控機床的控制。3.2.1 HNC-21/22T車削系統(tǒng)最大聯(lián)動軸數(shù)為3軸。 可選配各種類型的脈沖式交流伺服驅動系統(tǒng)（HSV-16系列全數(shù)字交流伺服驅動單元）。 除標準機床控制面板外，配置40路開關量

48、輸入和32路開關量輸出接口、手持單元接口、主軸控制與編碼器接口。還可擴展20路輸入/16路輸出。 采用8.4”(HNC-22T為10.4”)彩色液晶顯示器（分辨率為640×480），全漢字操作界面故障診斷與報警、加工軌跡圖形顯示和仿真，操作簡便，易于掌握和使用。 采用國際標準G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動編程系統(tǒng)兼容，具有直線插補、圓弧插補、螺紋切削、刀具補償、宏程序、恒線速切削等功能。 反向間隙和單、雙向螺距誤差補償功能。 內(nèi)置RS232通訊接口，輕松實現(xiàn)機床數(shù)據(jù)通訊。 32MB Flash RAM(可擴充至2GB)程序斷電存儲， 32MB RAM加工內(nèi)存緩沖區(qū)。3.2

49、.2 系統(tǒng)選件軟驅單元全密封結構 3.5”標準軟盤驅動器 標準PC鍵盤轉接口 RS232、以太網(wǎng)轉接口 DNC單元 全密封結構 標準PC鍵盤轉接口 RS232、以太網(wǎng)轉接口 以太網(wǎng) 10MB/100MB速度自適應 支持NT/NOVELL網(wǎng)絡 支持文件網(wǎng)絡傳輸 手持單元 手搖脈沖發(fā)生器 坐標選擇 倍率選擇 緊急停止按鈕 手持使能按鈕 輸入/輸出端子板 繼電器輸出端子板 3.2.3 世紀星HNC-21/22數(shù)控系統(tǒng)簡介系統(tǒng)配置程序緩沖區(qū)：32MB 零件程序和斷點保護區(qū)：基本32MB，可擴展至2GB（選件）進給軸接口類型：脈沖接口（HSV-16系列） 主軸驅動單元接口 主軸編碼器接口 開關量輸入輸出

50、接口：40輸入/32輸出，可擴展20輸入/16輸出（選件） 手持單元接口 軟驅單元接口 RS232接口 以太網(wǎng)接口（選件） 標準PC鍵盤接口 手持單元（選件） 軟驅單元（選件） I/Q端子板（支持NPN和PNP型開關量）(選件)CNC功能 最大控制軸數(shù)：6進給軸+1主軸 聯(lián)動軸數(shù)：6軸（銑）/3軸（車） 最小分辨率：1微米 最大移動速度：24米/分鐘（與驅動單元、機床相關） 直線、圓弧、螺紋功能 自動加減速控制（直線/拋物線） 參考點返回 坐標系設定 MDI功能 M、S、T功能 加工過程圖形靜態(tài)仿真和實時跟蹤 內(nèi)部二級電子齒輪 簡單車削循環(huán)（車） 復合車削循環(huán)（車） CNC編程 編程最小單位：

51、0.001毫米、度 最大編程尺寸：99999.999最大編程行數(shù)：20億行 公/英制編程 絕對/相對指令編程 宏指令編程 子程序調(diào)用 工件坐標系設定 直徑/半徑編程（車） 自動控制倒角（圓角、直角）（車） 恒線速切削功能（車） 編輯 后臺編輯（選件） 字符查找與替換 文件刪除及拷貝 顯示 中文菜單功能 圖形顯示 狀態(tài)顯示 當前位置顯示 程序顯示 程序錯誤顯示 操作錯誤顯示 報警顯示 坐標軸設置顯示 主軸速度及修調(diào) 進給速度及修調(diào) 快速進給及修調(diào) 自診斷功能 插補功能 HNC-21/22T直線插補，最大3個軸 圓弧插補 螺紋切削 刀具補償 刀具長度補償 刀尖半徑補償 參考點功能 參考點位置設定

52、參考點開關偏差設定 回參考點快移速度設定 回參考點定位速度設定 數(shù)據(jù)交換 RS232以太網(wǎng)（選件） 3.5”軟驅（選件） 操作8.4”/10.4”彩色液晶顯示屏 防靜電薄膜編程面板與機床操作面板 PC標準鍵盤接口 手持單元（選件） 圖形顯示功能與動態(tài)實時仿真 網(wǎng)絡通訊功能（選件） 操作方式 自動 單段 MDI點動 步進增量進給 手搖增量進給 手動/自動回參考點 進給保持 重新對刀 空運行 保存斷點/返回斷點 坐標軸監(jiān)視 機床坐標系顯示 工件坐標系顯示 跟蹤誤差顯示 剩余進給顯示 進給速度顯示 主軸速度顯示 指令位置顯示 實際位置顯示 工件坐標系原點顯示 運動軌跡顯示 進給軸功能 無限制旋轉軸功

53、能 最高設定速度16000 mm/min進給修調(diào)0%到150%快移修調(diào)0%到150%每分鐘進給/每轉進給 多種回參考點功能：單向、雙向 快移、進給加減速設定 最大跟蹤誤差設定 輔助功能主軸正反轉 自動換刀 冷卻開/停 主軸功能 主軸速度：可通過PLC編程控制（最大99999 rpm） 主軸修調(diào)：從0%到150%主軸速度和修調(diào)顯示 變速比和變速比級數(shù)可通過PLC編程控制 編碼器接口 螺紋功能 主軸定向 PLC功能 內(nèi)嵌式PLC提供標準PLC例程 PLC狀態(tài)顯示 安全功能 坐標軸軟極限保護 斷電保護區(qū) 加工斷點保存/斷點恢復 參數(shù)備份與恢復 參數(shù)權限保護 加工統(tǒng)計 技術規(guī)格 輸入電源：AC24V

54、50W+DC24V50W或者DC24V100W AC電源頻率：50Hz安裝方式：控制柜內(nèi) 運行、儲存環(huán)境（如下表） 光電隔離開關量輸入接口（40位），可擴展20位 光電隔離開關量輸出接口（32位），可擴展16位 輸出電流范圍0-100mA輸出電壓范圍DC24V主軸模擬量輸出接口 分辨率：12位 輸出電壓：DC±10V或0-+10V 主軸編碼器輸入接口 方波差分接收 手搖脈沖發(fā)生器輸入接口，TTL電平輸入 進給軸脈沖輸出接口/HSV-16伺服接口（最大6個）差分輸出，包括脈沖及方向信號，最高脈沖頻率2MHZ進給軸碼盤反饋輸入接口（最大6個） RS422差分輸入HNC-21/22T 數(shù)控系統(tǒng)運行儲存環(huán)境采用HNC-21/22T的數(shù)控設備的接線示意圖HNC-21/22T的數(shù)控系統(tǒng)的外部接口示意圖數(shù)控