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国产数控系统应冲出重围 抓住机遇

2010年09月15日 13:52中国机床商务网点击:3385

摘要:国外数控系统占据了国内市场的半壁江山,抢占瓜分我国航空制造业数控系统市场。实际上,国产数控系统具有“天时、地利、人和”的有利条件,比起国外数控系统漂洋过海进入我国市场有着不言而喻的优势。因此,国产数控系统应抓住机遇,迎头而上。

  一、国外数控系统占据半壁江山

  据统计,中国公司现有各类型设备近万台,其中各种金属切削机床近2800余台,而其中的数控设备占比不到20%.这是由航空制造的生产类型决定的,即零部件制造批量小、种类多、产品试制阶段及交付周期长、生产准备阶段长等因素,而数控设备一般成本较高,生产周期较长,企业技术引进周期长,这些因素都制约了数控设备的占有率。而数控系统作为数控机床的核心部件,是考查数控机床性能的一项关键指标,其技术水平影响数控机床的性能质量和使用效率,直接决定了设备的运动精度及整体性能。目前,外国集团公司数控设备的数控系统基本按照两大系列进行配置:Siemens系统、FANUC系统,这两大数控系统占到92%,其余还有意大利FIDIAC2数控系统,辛辛那提ACRAMATIC2100数控系统,HAAS数控系统,MAZATROL数控系统,特种加工设备配置的过程控制的工控系统。

  (1)德国Siemens包括的系统的品种多,各系统在机械加工领域高低端都有其用武之地,如对于一台两轴联动再加一个变频控制主轴转速的车床来说,选用Siemens802S数控系统足以满足要求,而且其价位并不高,其标准配置功能完全满足用户加工要求。但对于要进行航空主体零部件,如飞机的翼、长桁、支架、梁、接头和壳体等结构件的加工,因零部件空间构型复杂、精度要求很高、加工周期长(中间不准停留),因此,在具有高刚性的机床床身上一般要加装。Siemens840D或840Di系统才能满足要求,这主要是由于840D数控系统具有分辨率高,伺服系统动态响应性高,程序的预读能力强,五轴联动功能,主轴转速高,坐标可以快速定位等关键特性。

  (2)Siemens数控系统的优良特性及其对我国航空制造业加工领域的细枝末节的精细掌握决定了它的市场占有率。但同时我们还不可忽略另一大数控系统制造商——FANUC,实际上它是最早进入我国航空制造业的数控系统,如FANUC6M、FANUC7M系统。对于FANUC系列,FSPowerMate属于高可靠性、紧凑型的CNC,主要用于点位运动控制,如0系列可用于控制两轴的小型车床,伺服系统取代步进电动机;而FS0i系列的整体软件功能包功能强大、操作方便、智能化,可实现高速、高精度加工,并具有网络功能,用于加工中心和铣床等要求加工精度高、效率高的设备。在此基础上,FANUC又推出具有网络功能的超小型、超薄型FS15i/16i/21i系统,控制单元与LCD集成于一体,具有网络功能,其I/Olink功能尤为强大,各伺服单元采用超高速光纤串行数据通信(FSSB),其中18i最大可控6轴、四轴联动;FSl5i-MB,最大可控6轴、5轴联动;16i的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位,最大可控8轴、6轴联动;该系列数控系统完全适用于要求加工空间轮廓复杂的工件且机床侧电路逻辑关系复杂的大型5坐标设备或自动化流水线。而为了抢占数控系统的高端市场,FANUC又于近两年推出了FS30iCNC,也属于纳米级分辨率控制等级,HMI界面更加友好,内嵌工艺优化软件。在5坐标加工中,为了保证加工精度及提高表面质量,又专门开发了SMOOTHEDTCP(TOOLCENTERPOINTCONTROL)功能,该数控系统体积小,CNC与PLC高度集成,可控8个通道,32个轴,8个主轴,最大联动轴数24轴。

  (3)意大利FIDIAC2数控系统也跻身入航空制造业的机械加工领域,主要用于金属、石英砂模胎的加工,配置该数控系统的数控机床特点是五轴联动,主轴转速高,可达24000r/min,驱动总线传输速率为100M,采用光纤传输,仿形功能完善,可对飞机零部件模胎的任意复杂轮廓表面进行仿形,非常适用于飞机大型模胎的加工。此外,辛辛那提ACRAMATIC2100数控系统,HAAS数控系统,MAZATROL数控系统,在三维零件加工中也各有所长。

  二、国产数控系统的难处

  统观集团公司数控设备,基本都属于上述国外成熟数控系统,那么在“国外列强”抢占瓜分我国航空制造业数控系统市场的同时,我国自主研制的数控系统为何难觅踪影呢?

  (1)我国早在20世纪70年代末就曾引进了FANUC、美国辛辛那提等数控系统的CNC装置及主轴、伺服系统的生产技术,并与机床生产厂家密切合作,研制出了适合当时航空制造业的数控铣床,如XK715B、XK715F、V2AB-1250、SH1600B、FS41等,推动了民族数控机床事业的发展。但是90年代初,我国的航空产业迎来了一个加速发展的重要时期,产能急剧扩张,以往的机械制造水平已不能满足要求,而国外的数控机床及数控系统可以满足航空制造业市场的需求,于是进口了大量数控机床及数控系统(包括备件),对国内发展中的数控产业造成巨大的冲击。

  (2)国产数控系统在航空制造业的高端领域,如复杂轮廓、曲面的成形加工;重载、高速、高精度、仿形加工等应用领域基本上处于盲区,这又是由以下几个原因造成的:①国产数控系统的五轴联动加工的软件技术还不十分成熟,这就限制了它的应用领域只能局限在制造业的中低端市场,而航空制造业大多涉及5坐标复杂轮廓、曲面的加工。②国产数控系统的的软件功能不够强大,如国外的数控系统嵌入ARTISCNC、OMAT等刀具管理、优化铣削系统,主要是利用他们通过对数控机床主轴切削功率载荷优化,提高现有数控机床粗加工效率;此外像联网组态软件、DNC功能等涉及数控系统技术前沿的软件开发技术。国产数控系统距离国际流行数控系统还有一定差距。③国际上流行的数控系统,都属于开放式系统,如FANUC和Siemens系统向用户提供的资源非常丰富,如机床外围信号的采集,系统变量的引用与处理,以太网接口,热键的扩展定义等,如果对这些资源加以利用,一样可以开发出功能强大的数控系统。但是,目前我们还只停留在初期应用阶段,还未达到“引进技术后消化再吸收创新”阶段。④数控系统的其他相关产业如伺服单元、传感器、编码器、光栅和复合摆头等涉及数控机床核心产业的技术发展相对落后也严重制约了数控系统的发展。⑤数控系统的稳定性是衡量数控系统性能的一项重要指标,笔者认为,在航空制造企业,稳定性是制约了国产数控系统迈入企业的一道门槛。

  (3)国外的数控系统企业对中国市场进行长远战略规划,如国际上流行的数控系统制造商在国内都有技术支持中心,其业务内容涉及售后服务、用户回访、跟踪、产品应用评估、教育培训、备件维修和产品根据用户定制等范围。这对我国自主研制的数控系统在市场上的普及应用也构成严峻挑战。

  实际上,国产数控系统具有“天时、地利、人和”的有利条件,比起国外数控系统漂洋过海进入我国市场有着不言而喻的优势,我们也可以看到,国产数控系统相对于同类型的国外数控系统,在售后服务、性价比等方面有着绝对优势,在中低端应用领域,国产数控系统不仅在价格上占有绝对优势,而且在产品质量和可靠性方面上也绝不逊色于任何国外厂家的产品。须知,在航空制造企业,设备的更新换代是非常快的,产能落后、耗能大的设备将被淘汰,之后将进行技术改造,这是一个巨大的潜在市场,同时又是国产数控系统进入航空制造业的一个契机,抓住机遇,迎头赶上,是国产数控系统冲出重围、重塑自我的历史性机遇。
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