1、機(jī)床產(chǎn)品的數(shù)控系統(tǒng)選型策略分析在數(shù)字化控制技術(shù)和精密制造技術(shù)高速發(fā)展的今天，數(shù)控機(jī)床以其加工質(zhì)量、精度和效率高，加工復(fù)雜形面零件能力強(qiáng)，加工柔性強(qiáng)（適應(yīng)多種加工對(duì)象），與CAD/CAM網(wǎng)絡(luò)兼容性好，適合制造加工信息集成管理，設(shè)備的利用率高，正常運(yùn)行費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)，正日益成為現(xiàn)代制造業(yè)的主流加工設(shè)備。而數(shù)控系統(tǒng)堪稱數(shù)控機(jī)床的“大腦”，如何為機(jī)床配置合適的數(shù)控系統(tǒng)及選擇哪些數(shù)控功能，一直是機(jī)床生產(chǎn)廠家和最終用戶所最關(guān)注的核心問題之一。在本文中，筆者將結(jié)合國(guó)內(nèi)外主要種類的數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)，從機(jī)床生產(chǎn)廠家和最終用戶的不同角度對(duì)機(jī)床產(chǎn)品的數(shù)控系統(tǒng)選型問題分別作出策略性的分析和探討。 1 國(guó)內(nèi)外主要數(shù)控系統(tǒng)

2、的特點(diǎn)分析1.1 國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廣州數(shù)控、凱恩帝數(shù)控、華中數(shù)控、航天數(shù)控、大森數(shù)控、華興數(shù)控等，發(fā)展至今已有十余年歷史，在國(guó)家的大力扶植下已有了很大的發(fā)展，不但在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)（如廣州數(shù)控、凱恩帝數(shù)控年產(chǎn)量均已突破5萬(wàn)臺(tái)），而且在中檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化上取得了突破（如廣州數(shù)控、華中數(shù)控已成功開發(fā)出五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)）。目前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)還主要應(yīng)用于舊設(shè)備的數(shù)控化改造領(lǐng)域及車、銑類中低端經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)。1.2 進(jìn)口品牌數(shù)控系統(tǒng)大致可分為日系和歐系兩大類。日系以發(fā)那科為主，輔以三菱、大偎、馬扎克等品牌，在國(guó)內(nèi)的數(shù)控車、銑床和加工中心市場(chǎng)擁有較大的市場(chǎng)份額；歐系則以西門子為

3、代表，加上發(fā)格、海德漢、力士樂等品牌，目前占據(jù)國(guó)內(nèi)中高端數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的主流地位。上述品牌中，如發(fā)那科、西門子等較有影響力的大公司，均以設(shè)立合資或獨(dú)資公司的形式在中國(guó)內(nèi)地建廠，實(shí)現(xiàn)了部分產(chǎn)品的本地化制造。1.3 機(jī)床制造商自行開發(fā)的專用數(shù)控系統(tǒng)如美國(guó)的哈斯公司、格里森公司等，他們大多開發(fā)出自己的數(shù)控系統(tǒng)軟件，移植到通過OEM貼牌定制的其它品牌數(shù)控系統(tǒng)上，甚至直接兼并一些小的數(shù)控品牌，從而擁有自己的數(shù)控硬件平臺(tái)。一般而言，這類專用數(shù)控系統(tǒng)都集成了機(jī)床制造商擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，在一些特殊加工領(lǐng)域有其獨(dú)到之處，適用于專業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)中的整條流水線的集中裝備。1.4 以PMAC為代表的開放式數(shù)控系

4、統(tǒng)它們一般都是在普通的PC工控機(jī)上插入相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制卡，可運(yùn)行于Microsoft windows環(huán)境下，用戶可以自由的配置數(shù)控系統(tǒng)的其它軟硬件。因其良好的開放性，最初很受一些科研院所的歡迎，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)已逐漸向普通工業(yè)場(chǎng)合推廣?？陀^地說，簡(jiǎn)單對(duì)市場(chǎng)上的某種數(shù)控系統(tǒng)做出優(yōu)劣好壞的定性判定是不科學(xué)的。上述各類數(shù)控系統(tǒng)既然能夠存在于市場(chǎng)，就必然有其各自特定的市場(chǎng)定位，優(yōu)勢(shì)或弱項(xiàng)，區(qū)別僅在于市場(chǎng)份額的大小不同而已。所以，無論是機(jī)床制造廠家還是最終用戶在選型時(shí)決不能先入為主，應(yīng)該針對(duì)實(shí)際的裝備需求做科學(xué)的分析，判斷和決策，選擇出最適合的數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)。2 機(jī)床設(shè)計(jì)中的數(shù)控系統(tǒng)選型策略2.1數(shù)控

5、系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型的一般程序一般來講，正規(guī)的機(jī)床制造廠家對(duì)于新型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)選型會(huì)遵循ISO9001質(zhì)量保證體系相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，制定一系列規(guī)范化的程序，主要包括：2.1.1 新產(chǎn)品開發(fā)前的市場(chǎng)調(diào)研機(jī)床制造廠家在開發(fā)新的機(jī)床產(chǎn)品前，一般應(yīng)該做廣泛深入的市場(chǎng)調(diào)研，如對(duì)目標(biāo)客戶群的調(diào)查走訪，對(duì)國(guó)外同類樣機(jī)的資料檢索及現(xiàn)場(chǎng)考察等。2.1.2 形成設(shè)計(jì)任務(wù)書根據(jù)調(diào)研結(jié)果及可行性論證，確定新產(chǎn)品的市場(chǎng)定位及主要技術(shù)指標(biāo)，最終形成設(shè)計(jì)任務(wù)書。設(shè)計(jì)任務(wù)書即是整個(gè)新產(chǎn)品研發(fā)的綱領(lǐng)性文件，是包括數(shù)控系統(tǒng)選型在內(nèi)的所有設(shè)計(jì)工作的基本依據(jù)。2.1.3 確定機(jī)床的數(shù)控設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，研究確定機(jī)床電氣系統(tǒng)的整體控制

6、方案，明確主要技術(shù)環(huán)節(jié)的控制方法及相關(guān)功能選項(xiàng)。2.1.4 篩選出符合要求的數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)從技術(shù)可行性和功能適用性的角度，從眾多種類的數(shù)控系統(tǒng)中篩選出兩種以上型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)，并與相關(guān)供應(yīng)商聯(lián)系，制作系統(tǒng)配置清單及詢價(jià)，以備最終的數(shù)控系統(tǒng)選型論證。2.1.5經(jīng)論證及評(píng)審后完成數(shù)控系統(tǒng)定型將備選型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)資料提交設(shè)計(jì)評(píng)審會(huì)議（至少兩次），經(jīng)評(píng)審組專家質(zhì)詢和充分論證后，最終確定該機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置型號(hào)。2.2系統(tǒng)選型中的數(shù)控功能選擇依據(jù)數(shù)控系統(tǒng)主要由控制單元、伺服驅(qū)動(dòng)和測(cè)量系統(tǒng)三部分組成。在設(shè)計(jì)選型中的數(shù)控功能選擇也是圍繞這三個(gè)部分展開的。大致包括以下幾點(diǎn)：2.2.1 根據(jù)機(jī)床的幾何結(jié)構(gòu)和

7、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)關(guān)系確定數(shù)控通道數(shù)（坐標(biāo)系個(gè)數(shù)）和伺服軸（直線軸和回轉(zhuǎn)軸）個(gè)數(shù)，插補(bǔ)算法的選擇等；2.2.2 根據(jù)機(jī)床的精度要求確定數(shù)控系統(tǒng)的位置控制方式：開環(huán)/半閉環(huán)/全閉環(huán)；以及對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的多程序預(yù)讀、光滑控制、輪廓優(yōu)化等多方面的性能要求；2.2.3 根據(jù)機(jī)床的加工范圍和規(guī)格確定各個(gè)數(shù)控軸的行程，同時(shí)通過對(duì)加工范圍所覆蓋的典型零件的加工工藝和工序流程的分析，進(jìn)而確定合理的軸進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速；2.2.4 根據(jù)機(jī)床的控制動(dòng)作框圖及其復(fù)雜程度，如是否配置刀庫(kù)、交換工作臺(tái)、自動(dòng)上下料裝置等輔助機(jī)構(gòu)、有無加工工件的節(jié)拍要求等，確定數(shù)控系統(tǒng)的的檔次要求（包括內(nèi)置CPU個(gè)數(shù)，可擴(kuò)展的外部I/O點(diǎn)數(shù)

8、以及多任務(wù)處理能力等）。2.3 影響數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型的非功能性因素?cái)?shù)控系統(tǒng)的功能適用性對(duì)于數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)選型無疑是重要的限制性因素，但不可否認(rèn)的是：因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上幾種主要的數(shù)控系統(tǒng)的基本功能選項(xiàng)大同小異，同檔次系統(tǒng)的性能指標(biāo)接近，所以最終決定數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)配置型號(hào)的往往是那些非功能性因素。2.3.1 價(jià)格因素激烈競(jìng)爭(zhēng)的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)，迫使機(jī)床制造廠家的設(shè)計(jì)人員在面對(duì)檔次和性能接近的數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，必然傾向于選擇價(jià)格較低的品牌。尤其是對(duì)經(jīng)濟(jì)型或普及型數(shù)控機(jī)床而言，其數(shù)控系統(tǒng)價(jià)值在整機(jī)售價(jià)中所占的成本比例已接近30%。價(jià)格因素在機(jī)床設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選型時(shí)就顯得尤其敏感。2.3.2 系統(tǒng)可靠性根據(jù)統(tǒng)計(jì)，與數(shù)控系統(tǒng)

9、相關(guān)的故障是數(shù)控機(jī)床主要的故障源之一。因此，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性問題是系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型時(shí)必須考慮的因素。特別是對(duì)數(shù)控系統(tǒng)在惡劣電磁環(huán)境中的抗干擾能力，必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型時(shí)做出相應(yīng)的可靠性評(píng)價(jià)。2.3.3 系統(tǒng)開放性對(duì)于某些專機(jī)類的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品，要求數(shù)控系統(tǒng)具有較好的開放性，以便設(shè)計(jì)人員更加方便地在數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)上集成相關(guān)控制軟件。2.3.4 貿(mào)易條件除上述價(jià)格因素外，數(shù)控系統(tǒng)供貨商在合同中所承諾的其它貿(mào)易條件，如交貨期、付款方式、質(zhì)保期、出口許可證、售后服務(wù)、技術(shù)支持等也在相當(dāng)程度上影響到數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型。2.3.5 目標(biāo)客戶的認(rèn)同度設(shè)計(jì)選型的數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)是否被大多數(shù)目標(biāo)客戶所認(rèn)同和接受，將直接

10、關(guān)系到新型機(jī)床的市場(chǎng)前景。有實(shí)力的機(jī)床制造廠家可以向用戶提供兩種數(shù)控系統(tǒng)配置選擇，即標(biāo)準(zhǔn)配置和選項(xiàng)配置。當(dāng)然，這兩種數(shù)控系統(tǒng)的選型是建立在充分的市場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)之上的。在現(xiàn)實(shí)中，影響機(jī)床制造廠對(duì)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型的因素還有很多，譬如機(jī)床廠商的行業(yè)地位，產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率（壟斷程度），機(jī)床廠商與系統(tǒng)供應(yīng)商的關(guān)系，國(guó)家的政策導(dǎo)向，設(shè)計(jì)人員對(duì)系統(tǒng)的熟悉程度等。3 就設(shè)備采購(gòu)中的數(shù)控系統(tǒng)選型問題提幾點(diǎn)建議很多最終用戶在采購(gòu)數(shù)控機(jī)床時(shí)，對(duì)機(jī)床的機(jī)械性能、工藝要求、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等均已有了相當(dāng)程度的了解。但對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)的選型則存在一定的盲目性。在此，筆者提出幾點(diǎn)建議，謹(jǐn)供參考。   3.1 應(yīng)根據(jù)機(jī)

11、床的性能需要來恰當(dāng)選擇數(shù)控系統(tǒng)的功能配置用戶在訂購(gòu)數(shù)控機(jī)床時(shí)，既要把必需的數(shù)控選項(xiàng)功能訂全，不能遺漏，同時(shí)也要避免因片面追求高的性能指標(biāo)，以致因使用率不高而造成不必要的資金浪費(fèi)。某些選項(xiàng)功能并不實(shí)用，但價(jià)格不菲。例如，通過以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷功能，在實(shí)驗(yàn)室完全可以實(shí)現(xiàn)。但在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中你將發(fā)現(xiàn)，并非配置一個(gè)以太網(wǎng)接口那么簡(jiǎn)單，不但要有專門軟件來支持，而且機(jī)床制造廠家必須提供相應(yīng)的響應(yīng)機(jī)制才行。況且，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，僅有不到25%的機(jī)床故障可以通過遠(yuǎn)程診斷的方法來解決。3.2 在數(shù)控系統(tǒng)的選型時(shí)注重長(zhǎng)期運(yùn)行成本的估算在計(jì)算數(shù)控機(jī)床的投資回報(bào)率時(shí)，既要計(jì)算一次性采購(gòu)

12、成本，還要加上其長(zhǎng)期的運(yùn)行成本，包括能耗費(fèi)用、人員工資、維修費(fèi)用等。因此，在數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)選型時(shí)，應(yīng)盡量選擇技術(shù)成熟的新型系統(tǒng)。雖然初次購(gòu)置費(fèi)用會(huì)有所增加，但可以保證相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)期的備件供應(yīng)，同時(shí)，在系統(tǒng)淘汰前的維修費(fèi)用也會(huì)大大降低。同樣道理，應(yīng)盡量避免選購(gòu)二手的進(jìn)口數(shù)控設(shè)備。3.3 盡量選擇與原有數(shù)控設(shè)備相同的數(shù)控系統(tǒng)品牌采購(gòu)新機(jī)床設(shè)備時(shí),優(yōu)先考慮選擇與原有數(shù)控設(shè)備相同的數(shù)控系統(tǒng)品牌，可以減少原有操作人員和維修人員的培訓(xùn)費(fèi)用和時(shí)間，盡早使新機(jī)床投入使用產(chǎn)生效益，因人為操作原因造成的機(jī)床故障發(fā)生幾率也會(huì)大大降低。原有的零件程序一般都可以不經(jīng)修改直接調(diào)用。3.4 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和售后服務(wù)質(zhì)量對(duì)機(jī)床用戶至關(guān)重要建議機(jī)床用戶在設(shè)備采購(gòu)前向有經(jīng)驗(yàn)的業(yè)內(nèi)人