机床产品的数控系统选型策略分析

　　在数字化控制技术和精密制造技术高速发展的今天，数控机床以其加工质量、精度和效率高，加工复杂形面零件能力强，加工柔性强（适应多种加工对象），与CAD/CAM网络兼容性好，适合制造加工信息集成管理，设备的利用率高，正常运行费用低等诸多优点，正日益成为现代制造业的主流加工设备。而数控系统堪称数控机床的“大脑”，如何为机床配置合适的数控系统及选择哪些数控功能，一直是机床生产厂家和最终用户所最关注的核心问题之一。在本文中，笔者将结合国内外主要种类的数控系统特点，从机床生产厂家和最终用户的不同角度对机床产品的数控系统选型问题分别作出策略性的分析和探讨。

1 国内外主要数控系统的特点分析

　　1.1 国产数控系统

　　广州数控、凯恩帝数控、华中数控、航天数控、大森数控、华兴数控等，发展至今已有十余年历史，在国家的大力扶植下已有了很大的发展，不但在经济型数控系统方面实现了规模化生产（如广州数控、凯恩帝数控年产量均已突破5万台），而且在中档数控系统的研发及产业化上取得了突破（如广州数控、华中数控已成功开发出五轴联动的数控系统）。目前，国产数控系统还主要应用于旧设备的数控化改造领域及车、铣类中低端经济型数控机床市场。

　　1.2 进口品牌数控系统

　　大致可分为日系和欧系两大类。日系以发那科为主，辅以三菱、大偎、马扎克等品牌，在国内的数控车、铣床和加工中心市场拥有较大的市场份额；欧系则以西门子为代表，加上发格、海德汉、力士乐等品牌，目前占据国内中高端数控机床市场的主流地位。上述品牌中，如发那科、西门子等较有影响力的大公司，均以设立合资或独资公司的形式在中国内地建厂，实现了部分产品的本地化制造。

　　1.3 机床制造商自行开发的专用数控系统

　　如美国的哈斯公司、格里森公司等，他们大多开发出自己的数控系统软件，移植到通过OEM贴牌定制的其它品牌数控系统上，甚至直接兼并一些小的数控品牌，从而拥有自己的数控硬件平台。一般而言，这类专用数控系统都集成了机床制造商拥有自主知识产权的专利技术，在一些特殊加工领域有其独到之处，适用于专业规模化生产中的整条流水线的集中装备。

　　1.4 以PMAC为代表的开放式数控系统

　　它们一般都是在普通的PC工控机上插入相应的运动控制卡，可运行于Microsoft windows环境下，用户可以自由的配置数控系统的其它软硬件。因其良好的开放性，最初很受一些科研院所的欢迎，随着技术的不断进步，现已逐渐向普通工业场合推广。

　　客观地说，简单对市场上的某种数控系统做出优劣好坏的定性判定是不科学的。上述各类数控系统既然能够存在于市场，就必然有其各自特定的市场定位，优势或弱项，区别仅在于市场份额的大小不同而已。所以，无论是机床制造厂家还是最终用户在选型时决不能先入为主，应该针对实际的装备需求做科学的分析，判断和决策，选择出最适合的数控系统型号。

2 机床设计中的数控系统选型策略

　　2.1数控系统设计选型的一般程序

　　一般来讲，正规的机床制造厂家对于新型产品的设计选型会遵循ISO9001质量保证体系相关标准的要求，制定一系列规范化的程序，主要包括：

　　2.1.1 新产品开发前的市场调研

　　机床制造厂家在开发新的机床产品前，一般应该做广泛深入的市场调研，如对目标客户群的调查走访，对国外同类样机的资料检索及现场考察等。

　　2.1.2 形成《设计任务书》

　　根据调研结果及可行性论证，确定新产品的市场定位及主要技术指标，最终形成《设计任务书》。《设计任务书》即是整个新产品研发的纲领性文件，是包括数控系统选型在内的所有设计工作的基本依据。

　　2.1.3 确定机床的数控设计方案

　　根据《设计任务书》的要求，研究确定机床电气系统的整体控制方案，明确主要技术环节的控制方法及相关功能选项。

　　2.1.4 筛选出符合要求的数控系统型号

　　从技术可行性和功能适用性的角度，从众多种类的数控系统中筛选出两种以上型号的数控系统，并与相关供应商联系，制作系统配置清单及询价，以备最终的数控系统选型论证。

　　2.1.5经论证及评审后完成数控系统定型

　　将备选型号的数控系统相关资料提交设计评审会议（至少两次），经评审组专家质询和充分论证后，最终确定该机床的数控系统标准配置型号。

　　2.2系统选型中的数控功能选择依据

　　数控系统主要由控制单元、伺服驱动和测量系统三部分组成。在设计选型中的数控功能选择也是围绕这三个部分展开的。大致包括以下几点：

　　2.2.1 根据机床的几何结构和传动结构及其运动插补关系确定数控通道数（坐标系个数）和伺服轴（直线轴和回转轴）个数，插补算法的选择等；

　　2.2.2 根据机床的精度要求确定数控系统的位置控制方式：开环/半闭环/全闭环；以及对数控系统的多程序预读、光滑控制、轮廓优化等多方面的性能要求；

　　2.2.3 根据机床的加工范围和规格确定各个数控轴的行程，同时通过对加工范围所覆盖的典型零件的加工工艺和工序流程的分析，进而确定合理的轴进给速度和主轴转速；

　　2.2.4 根据机床的控制动作框图及其复杂程度，如是否配置刀库、交换工作台、自动上下料装置等辅助机构、有无加工工件的节拍要求等，确定数控系统的的档次要求（包括内置CPU个数，可扩展的外部I/O点数以及多任务处理能力等）。