华中“世纪星”数控系统技术特色.doc

开放式、网络化的华中“世纪星”数控系统的技术特色 武汉华中数控股份有限公司 当今时代，开放式、网络化已成为数控系统发展的主要趋势，许多国家对开放式、网络化数控系统进行了研究。在国家863计划、国家科技攻关计划项目和国债项目的支持下，华中数控开发了具有自主知识产权的新一代开放式、网络化数控系统、数字交流伺服驱动和电机、伺服主轴驱动和主轴电机，并建成年产5000台套的数控产业基地。华中“世纪星”系列数控系统( 如图1所示)采用基于工业微机作为硬件平台的开放式体系结构的创新技术路线，充分利用PC软、硬件的丰富资源，通过软件技术的创新，实现数控技术的突破。 图1：华中 “世纪星”数控系统 华中“世纪星”数控系统具有质量好，性价比高，新产品开发周期短，系统维护方便，配套能力强，开放性好，便于用户二次开发和集成等许多优点。“世纪星”系列数控系统达到了国外中高档数控系统的性能、功能，而价格约为国外同类产品的30－60％。华中数控系统已获得国家科技进步二等奖、国家教委科技进步一等奖和国家机械局科技进步二等奖等，被列为国家重点新产品。现已派生出了十多种系列三十多个特种数控系统产品，广泛用于车、铣、加工中心、车铣复合、磨、锻、齿轮、仿形、激光加工、纺织机械、玻璃机械、医疗机械等设备。满足用户对低价格、高性能、简单、可靠数控系统的要求。 一、“世纪星”数控系统特点 1、“世纪星”系统配置主要特点如下： 1）基于工业PC的数控系统，先进的开放式体系结构。可与数控车、数控铣、加工中心、车铣复合等机床配套。 2）有普及型（HNC-21）和功能型（HNC-22）两个系列，可配6个进给轴，最大联动轴数为6轴。进给轴控制接口类型有脉冲、模拟、串口等多种类型，可连接多种伺服电机和步进电机。既可用作半闭环、闭环控制，也可用作开环控制。 3）系统配置7.7英寸彩色液晶显示器（分辨率640×480象素），也可配10.4英寸TFT彩色液晶显示器（分辨率640×480象素），画面美观、清晰、直观。 4）可选配电子盘、硬盘、软驱、网络等存储器，极大地方便用户的程序输入。用户程序可断电储存容量达16MB。程序存储个数无限制,直至存储器写满。 5）标准配置40路输入和32路输出，不需扩展即可满足大部分车、铣和加工中心的控制要求，并可根据需要扩展到128路输入和128路输出。 6）面板包含标准车、铣床操作按钮和状态指示灯，使用户操作直观明了。显示屏亮度具有手动和自动调节功能。 7）DNC接口通讯功能，DNC最大速度115.2KB/S；可选配局域网（以太网）连接功能，可实现数控机床联网，以太网速度可达10-100MB/S。 8）“世纪星”系统可以灵活配置华中数控具有自主知识产权的数字伺服驱动和电机、数字交流伺服主轴和主轴电机，如： （1）HSV-16D数字交流伺服驱动单元采用DSP＋MCU双CPU结构，配合大规模可编程器件（FPGA）和智能功率模块(IPM)驱动，全数字交流矢量控制算法，具备极佳的动、静态特性，技术性能达到国内领先水平。 （２）HSV-20高压数字交流伺服驱动单元和主轴单元，可实现多种交流电机，包括交流永磁同步电机、无刷直流电机、交流感应电机（交流异步电机）的转矩、速度、位置闭环控制，可实现位置、速度的精确控制，适用于机床和各种自动化机械的进给控制，以及火炮、雷达的跟随控制等；控制交流异步电机，可实现位置、速度的闭环控制，可用于机床主轴驱动，大型机床和机械的进给驱动等。 （３）GK6系列交流永磁同步伺服电机，全密封设计，具有结构紧凑，功率密度高；转子惯量小，响应速度快；采用超高矫顽力稀土永磁材料，独创的整体充磁工艺生产，抗去磁能力强；几乎在整个转速范围内可恒转矩输出低速转矩脉动小；平衡精度高，高速运行平稳；噪音低、振动小；性能价格比高。目前已开发生产系列产品，额定扭矩为1.6－185牛顿米，额定转速为1200、1500、2000、3000、6000转/分。　 （４）GM7系列交流伺服主轴电机，采用F级特殊绝缘结构，具有抗浪涌电流及电晕现象作用，不会出现绝缘加速老化引起的对地绝缘损坏；额定功率：3.7KW~100KW；额定转速：1000r/min、1500 r/min、2000 r/min；最高转速达9000 r/min。 图2：HSV-20S高压数字交流伺服驱动单元 图3：GM7系列交流伺服变频（主轴）电机 2、“世纪星”系统功能主要特点如下： 1）编程语言采用国际通用的G代码编程，具有直线、圆弧、螺旋线插补功能，支持程序的旋转、缩放、镜像、刀具补偿、宏程序、子程序调用、多种坐标系设定等功能。支持MasterCAM、UG、ProE等CAD/CAM系统生成的数控加工程序。 2）支持公制/英制输入，绝对值/增量值编程，每分钟/每转进给和直径/半径编程功能。 3）提供多种固定循环和复合循环，车床内（外）径粗车复合循环支持凹槽加工功能。固定循环和复合循环的使用可以用一个程序段来完成一个加工循环，使编程大大简化。 4）车床支持倒角（直角、圆角）、螺纹切削，螺纹切削具有多头螺纹加工功能，并可加工变螺距螺纹。铣床既支持柔性攻丝也支持刚性攻丝，刚性攻丝的使用提高了加工效率, 保证螺纹精度。 5）支持恒线速度切削功能，根据刀尖的位置自动变化主轴速度，使切削线速度保持恒定，以满足工件加工的工艺要求，大大提高精加工面粗糙度，延长刀具的使用寿命。 6）具有小线段连续高速加工功能（G64）和准确定位功能（G61），加减速控制采用S曲线加减速。G64支持程序超前预处理，超前预读程序，将小线段按连续轨迹高速进给,根据拐角大小，自适应控制进给速度，保证拐点处的误差小于跟踪误差的允差设定，特别适合加工CAD/CAM生成的复杂模具加工程序。 7）8重子程序调用，宏程序支持逻辑运算符（AND、OR、NOT）、函数（SIN, COS, TAN, ATAN,ATAN2,ABS, INT, SQRT, EXP）、条件判别语句（IF, ELSE, ENDIF）和循环语句（WHILE, ENDW），可实现复杂的运算，功能强大。用户使用变量进行算术、逻辑和函数的混合运算，可编制各种复杂的零件加工程序，减少甚至免除繁琐计算，大大精简程序量。 8）支持单、双向螺距补偿和反向间隙补偿，螺距补偿数据最多可达256点。具有跟踪误差允差设定与报警功能，数控系统实时监控机床实际坐标，对机床的非正常运行状态进行报警。 9）具有断点保存与恢复功能，大零件程序加工可分时段加工，系统记忆上次中断加工时的状态，为用户提供极大的方便 10）三维图形实时显示刀具轨迹和零件形状，界面实时加工参数显示，包括坐标位置（机床、工件、相对）、跟踪误差、剩余进给、M、S、T和进给速度、倍率等，显示内容丰富。 11）空运行和图形化程序校验功能，方便加工代码的编制和检验。具有后台编程功能。 12）进给修调、快速修调和主轴转速修调三种控制功能，修调范围达到10－150％。 13）系统采用汉字用户界面，提供完善的在线帮助功能（程序代码和帮助图例），操作简便，易于掌握和使用。 14）支持自动换刀、刀具长度补偿和刀尖半径补偿。车床系统支持多种对刀方式（相对刀偏和绝对刀偏），刀补具有圆弧半径补偿，满足高精度加工的要求。 15）支持指定程序行加工、任意程序行加工和程序跳段功能，加工代码的控制更加方便、灵活。 16）提供二次开发接口，可按用户要求定制控制系统的功能，适合专用机床控制系统的开发。 二、“世纪星”数控系统使用特点 1、程序输入特点 “世纪星”系统具有强大的程序输入功能，除通用字符输入功能外，还提供高级编辑功能，如块定义、块操作（删除、拷贝、粘贴等）、行删除、查找、替换以及光标快速定位文件的头尾等功能，这些功能一般数控系统是不提供的，只有在国外的中、高档系统中才可使用。 2、功能快捷键使用特点 为了减少系统菜单的复杂性，同时又满足系统操作者的使用要求，“世纪星”系统将高级编辑功能、提示信息查看功能等都定义了相应的快捷键，并将这些信息放在了系统的“帮助信息”功能中，如图2所示。操作者可随时查看使用。 图4 华中“世纪星”数控系统在线帮助 3、帮助信息使用特点 数控加工中的指令（如G指令、M、S、T指令等）比较多，对于初级操作者来说，一般使用起来比较困难，要想将各种指令综合应用编成一个正确的加工代码就更加困难。“世纪星”系统不但提供大量的帮助信息，而且还提供了能够将系统帮助程序自动转换为加工代码的功能。具体操作是在图2所示“帮助信息”界面中，找到相应指令帮助程序，按下“Alt+C” 快捷键，系统自动将帮助程序转换为加工代码，此时该加工代码将调入加工缓冲区，直接加工就可以了。这大大减少了操作者对“世纪星”系统的使用难度。 4、轮廓计算器使用特点 在一般手工编制零件轮廓加工程序时，为确定轮廓，需事先计算出每一段直线或圆弧的完整几何信息，如对于直线，需起点和终点；对于圆弧需起点、终点、圆心、方向。这样，对于稍微复杂一点的轮廓，由于要处理切点交点等的计算，要实现在线编制加工程序是很困难的。 “世纪星”系统提供了轮廓计算器功能解决上述问题，只要使用系统预先定义的轮廓元素和它们之间的几何关系来描述零件轮廓，填写工艺信息就可自动计算轮廓元素间的交点、切点等信息，并自动生成零件的加工代码，避免了手工编程时繁琐的坐标计算，提高了编程的效率。 “世纪星”系统提供了轮廓计算器具有如下功能： ●轮廓元素及几何关系选择功能，可选的轮廓元素：水平线、铅垂线、角度线、圆弧；可选的几何关系：相切、相交。 ●加工参数选择或输入功能，包括加工平面选择、运动指令选择(加工，快移)、加工速度指定 ●参数绝对坐标输入 ●轮廓图形显示，每输入一轮廓元素，均有对应的图形显示 ●多值情况，用户选择 ●轮廓方向可选 ●每段轮廓元素确定后，自动生成该段元素的加工代码段，并显示 ●可展开元素全部参数，也可只显示必要参数 5、多种对刀方法 车床系统根据是否采用标准刀具，对刀方法可以分为绝对刀偏法和相对刀偏法。一般的数控系统只提供绝对刀偏法和相对刀偏法的一种作为刀具偏置的设定方法，但实际的用户往往却对两种对刀方法都有使用需求。因此，一种对刀方法的使用就很难满足不同用户的要求，这在一定程度上给用户增加了使用难度。“世纪星”系统则通过参数的设定，使用户可选择两种对刀方法的任一种使用，这极大地方便了用户的使用。 绝对刀偏法和相对刀偏法在加工程序的编制上略有不同，可参见下例： 例1 绝对刀偏法 例2 相对刀偏法 6、二次开发应用接口 现代的数控系统不但要满足制造业对通用加工的使用要求，同时也要满足制造业日异多样的专业使用需求，这就要求数控系统能够针对企业的需求进行二次开发。目前，国内还没有通用的数控系统提供专用的二次开发接口，国外的通用系统也很少提供二次开发接口，即使提供其费用也是昂贵的。在这点上“世纪星”系统可以说具有更大的优势，该系统提供专用的二次开发应用接口，可针对用户的需求进行专用加工设备的开发。 图3和图4是应用“世纪星”系统二次开发接口开发的专用系统，取得了良好的应用效果。 图5 平面钻床数控系统 图6 火车轮对车削系统 7