国产数控系统

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一、华中数控系统

华中数控系统的基本组成结构如图所示。
机 床
华中数控系统组成结构
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1．输入输出装置 输入输出装置主要用于零件加 工程序的编制、存储、打印、显示 或机床的加工信息的显示等。简单 的输入输出装置只包括键盘和若干 个数码管，较高级的系统一般配有 CRT显示器和液晶显示器。
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2．数控装置 数控装置是数控系统的核心，这一部分主要包 括微处理器、存储器、外围逻辑电路及与数控系 统其它组成部分联系的接口等。其原理是根据输 入的数据段插补出理想的运动轨迹，然后输出到 执行部件（伺服单元、驱动装置和机床），加工 出所需要的零件。因此，输入、轨迹插补、位置 控制是数控装置的三个基本部分，在数控系统中 主要由数控板来完成硬件功能。 如图4所示：
国产数控系统
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一、国产数控系统发展概况
在数控系统方面，20世纪80年代初，国内先后从日本、 美国等国引进了一些CNC装置及主轴、伺服系统的生 产技术，并陆续投入了批量生产，从而结束了数控机 床发展徘徊不前的局面，推动了数控机床的发展。80 年代至90年代初北京机床研究所先后引进日本 FANUC的3、5、7、6系统进行消化吸收，与FANUC 合资生产的各类型数控系统最高年产量已达500套。 东方西门子集团引进德国西门子的3系统、810和820 系统。到20世纪90年代初，国内的数控机床及数控系 统的生产具有了一定的规模，但前进中的数控机床产 业正面临十分严峻的形势。
XS40-XS43 XS30-XS33 XS21 XS20 XS11 XS10 XS9
HSV-11 伺服驱动装置 其它类型进给装置 开关量输出
开关量输入
主轴单元
图6 华中系统连接框图
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二、国产数控系统介绍
1．华中系统 华中数控系统是基于通用PC的数控装置，是武汉华中 数控股份有限公司在国家“八五”、“九五”科技攻 关的重大科技成果。华中数控系统发展为三大系列： 世纪星系列、小博士系列和华中I型系列。世纪星系列 采用通用原装进口嵌入式工业PC机，彩色LCD液晶显 示器，内置式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用； 小博士系列为外配通用PC机年来发展比较迅速的数控系统，在我 国特别是广大南方地区有着众多的用户。广州数控的 主要产品有：GSK系列车床、铣床、加工中心数控系 统。DA98系列全数字式交流伺服驱动装置。DY3系列 混合式步进电机驱动装置，DF3系列反应式步进电机 驱动装置．GSK SJT系列交流伺服电动机。以其加工 中心数控系统GSK 218M为广州数控自主研发的普及型 数控系统(适配加工中心及普通铣床)，采用32位高性能 的CPU和超大规模可编程器件FPGA，实时控制和硬件 插补技术保证了系统μm级精度下的高效率，可在线编 辑的PLC使逻辑控制功能更加灵活强大，如图3所示。
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进入WTO后，中国将进入日趋完善的国内外相统一 的大市场，大量数控机床及数控系统进口，将对发展 中的数控产业造成巨大的冲击，其中国家“ 八五” 重点科技攻关项目“中华І型数控系统”于1991年9月 28日通过国家级鉴定。该系统是以通用的工业控制机 (32位CPU)为基础的全功能数控系统。此系统在我国 首次将微机客户服务器模型用于窗口式操作系统。形 成了一个集成化的软件环境。此外，有关数控系统生 产厂商还根据客户需要开发有一批不同档次的数控系 统产品。如大连大森，广州数控等。
世纪星系统如图1所示。
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2.航天数控 十多年来，航天数控充分发挥航天工业的高技术优势， 相继开发了高、中、低档次的多个系列的产品，功能 覆盖了车床、铣床、加工中心、磨床、火焰切割机等 控制系统，广泛应用于军工、船舶、汽车、航空、航 天、造纸、建筑等各领域。其主要数控系统产品 CASNUC2100系列数控系统，如图2所示：
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5．可编程控制器 可编程控制器（PC，Programmable Controller）是一种以微处理器为基础的通用型 自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。 由于最初研究这种装置的目的，是为了解决生产 设备的逻辑及开关量控制故也称为可编程逻辑控 制器（PLC，Programmable Logic Controller）。 当PLC用于控制机床顺序动作时也可称为可编程逻 辑机床控制器（PMC，Programmable Machine Controller）。
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PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有 轨迹上的具体要求，它接受数控装置的控制代码M （辅助功能）、S（主轴转速）、T（选刀、换刀） 等顺序动作信息，对其进行译码，转换成对应的控 制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作， 如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些 辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面 直接控制机床动作，另一方面将指令送往数控装置 用于加工过程的控制。华中数控系统使用的是嵌入 在数控系统内部的内嵌式PLC，也称PMC
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(1) 位置控制方式（脉冲量接口）：HSV-16系列伺服 驱动单元可以通过内部参数设置接收三种形式的脉冲 指令（正交脉冲；脉冲+方向；正、负脉冲）。 (2) 速度控制方式（模拟量接口）：HSV-16系列伺服 驱动单元可以通过内部参数设置为速度控制方式，可 接收幅值不超过10V的（如：-10V-+10V）模拟量。 (3) JOG控制方式：此种方式是HSV-16系列伺服驱动单 元通过按键（而无须外部指令）操作使驱动单元驱动 电机运动，给用户提供的一种测试伺服驱动系数统安 装、连接是否正确的运行方式。 (4) 内部速度控制方式：HSV-16系列伺服驱动单元在 内部速度控制的方式下，可根据伺服驱动单元内部设 定的速度运行。
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4．主轴驱动系统 现代数控机床对主轴驱动系统提出了更高的要求，其 中有很高的主轴转速和很宽的无级调速范围等，为满足 上述要求，现在绝大多数数控机床均采用鼠笼式感应交 流异步电动机配矢量变换变频调速的主轴驱动系统，驱 动器如图3-8所示。HSV-18S全数字交流主轴驱动单元是 武汉华中数控股份有限公司继HSV-20S系列交流主轴驱动 单元后推出的新一代高压交流主轴驱动产品。该驱动单 元采用AC380V电源输入。HSV-18S全数字交流主轴驱动单 元采用专用运动控制数字信号处理器（DSP）、大规模现 场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（IPM）等 当今最新技术设计，具有025A、050A多种规格，具有很 宽的功率选择范围。可以根据要求选配不同规格驱动单 元和交流伺服主轴电机。
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图1 华中世纪星数控系统
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图2 航天数控系统
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图3广州数控系统
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图4 华中数控系统主板
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HSV-16D全数字交流伺服驱动单元 HSV-18S全数字交流伺服主轴驱动单元 图5
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DC24V 电源 键盘 以太网 软驱 RS232 远程 I/O 板 手持单元
XS1 XS2 XS3 XS4 XS5 XS6 XS8
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6．测量装置 测量装置也称反馈元件，通常安装在机 床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位 移转变成电信号反馈给数控装置，与指令值比较 产生误差信号以控制机床向消除该误差的方向移 动。此外，由测量装置和数显环节构成数显装置， 可以在线显示机床坐标值，可以大大提高工作效 率和工件的加工精度。常见测量装置有光电编码 器、光栅尺、旋转变压器等。华中数控系统可以 与以上介绍的多种检测元件进行配合使用。以华 中HNC-21TF数控系统为例说明整个数控与其他装 置、单元连接的基本连线如图6所示。
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驱动装置把放大的指令信号变成为机械运动，通过 机械连接部件驱动机床工作台，使工作台精确定位或 按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图 纸要求的零件。华中伺服单元如图5所示。将电源模块 和驱动模块集成为一体，具有结构小巧、使用方便、 可靠性高等特点。HSV-16采用最新运动控制专用数字 信号处理器（DSP）、大规模现场可编程逻辑阵列 （FPGA）和智能化功率块（IPM）等当今最新技术设计。 它可以通过修改伺服驱动单元参数对伺服驱动系统的 工作方式、内部参数进行设置，以适应不同应用环境 和要求。HSV-16D全数字交流伺服电机驱动单元拥有以 下四种控制方式：
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3．伺服单元和驱动装置 伺服单元接受来自数控装置的进给指令， 经变换和放大后通过驱动装置转变成机床工作台 的位移和速度。因此伺服单元是数控装置和机床 本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令 信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接 受指令的不同伺服单元有脉冲式和模拟式之分， 而模拟式伺服单元按电源种类又分为直流伺服单 元和交流伺服单元。