华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心
武汉华中数控股份有限公司
一、前 言
数控技术是先进制造技术的核心技术，数控装备是保证国防和尖端工业发展的战略物资，它的整体水平标志着一个国家工业现代化的水平和综合国力的强弱。现代国防装备，舰艇、宇航、火箭、卫星装置等所用的材料非常特殊，其外形以及许多内部的零件（如发动机的叶片，导航系统中反射镜等）的形面，都是按一定理论的数学模型形成的。传统机床加工不可能达到理想的精度，非采用多轴联动具有高速、高精度的数控机床来加工不可。正因为高性能的数控机床对制造现代国防装备具有如此的重要性和必要性，西方国家对我们在先进数控机床及其重要配套技术装备的贸易中，仍然以多种方式实行限制和歧视。去年美国考克斯报告，就以我国进口了16台二手的四、五轴联动数控机床而叫嚷要对我国加强禁运，2000年10情趣口香糖
月14日美国参院又通过控制高技术机床出口法案，该法案将对美国出口能用于制造大规 模杀伤性武器的机床的公司和个人给予严厉处罚。说明了数控机床的超越经济价值的战略物资地位。
我国机械制造业水平与发达国家相比差距很大，直接影响到产品质量与制造成本，无法参与市场竞争。为改变此落后现状，采用先进制造技术是必然趋势。由于零件的类型、形状、尺寸和用途差异很大，零件的加工批量相差悬殊，其质量和精度要求也有显著不同，因此制造业需要不同类型的数控机床，在同一类型数控机床中需要高中低档不同层次的数控机床。购买新的数控机床是提高数控化率的途径，对旧机床进行数控化改造，也是提高数控化率的重要途径。我国现有400多万台机床，数控机床占有量约占2%，这些机床的结构一般比较陈旧，操作部分复杂，控制系统落后，但如果把这些落后机床全部闲置或淘汰，全部靠购买新的数控机床去代替，必然要耗费巨额资金，显然不符合我国国情。因此，用数控这一高新技术对现有机床进行数控化改造，是一条符合国家急需与产业政策且又可行的途径，近几年，美、日、德国等先进工业国，在大量制造数控机床的同时，十分重视对机床进行数控化改造，并已形成一个新兴产业。 二、数控改造实例
武汉华中数控股份有限公司通过研究国家政策，分析国内数控市场现状与潜力，将设备数控化改造定为公司发展策略之一。“为用户着想，振兴国产数控品牌”是华中数控公司在旧机床数控改造的指导思想，长期以来，我们派出大量技术人员、销售人员深入到各类制造企业，向用户介绍华中数控系统结构、特点、可靠性情况，并主动对工厂情况进行了解、分析，提出设备改造方案，与工厂有关部门进行讨论，促进工厂对影响其产品加工关键设备进行数控化改造，多来我们先后承担近100家企业，近300台设备改造任务（主要用户见附表）。其中60%是由普通机床改为数控机床，40%原来就是数控机床，但因系统落后或运行不可靠，机床已无法正常进行运行，须重新配置新的系统，对于这类系统在改造过程中，我们不是简单的更换一套新系统，而是为用户着想，尽量满足用户要求，保留原来可用进给系统。通过进行设备改造为国家节省了逾亿元设备购置费，推进了工厂技术改造。下面是我公司在三个企业进行数控改造实例： 1、东方电机的“大型发电装备的重大关键加工设备数控化改造工程”
在东方电机公司应用华中数控系统改造机床共计15台，具体型号为：
齐一机φ2.5 m立车 | 2台 |
武重φ3.4m立车 | 2台 |
武重φ6.3 m立车 | 1台 |
C6140车床 | 1台 |
C6150车床 | 1联动报警台 |
俄罗斯15 m卧车 | 1台 |
俄罗斯10 m卧车 | 1台 |
捷克5 m卧车 | 1台 |
X5032铣床 | 4台（2台为4坐标） |
φ160大型镗铣床 | 1台。 |
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所改造的设备在东方电机公司的水轮机零件生产加工中应用良好，并成为了企业的主要生产设备，为该厂制造三峡电站机组及100MW核电机组打下了基础。此外，国产数控系统在大型设备中的应用，在国内引起了重大反响，许多企业由此树立起了对使用国产数控系统的信心，如常柴公司和南飞公司都是因为上述工作影响而成批选用华中I型系统，为国产数控系统的应用推广起到了很好的的示范作用。
2、常柴股份公司“柴油机零件生产线及模具数控加工应用示范工程”
在常柴股份公司应用华中数控系统改造机床18台，。具体型号为：
德国C630卧式加工中心 | 7台 |
德国Deckel柔性单元 | 4台 |
日本牧野仿形铣 | 1台 |
大河立式加工中心 | 1台 |
台湾龙门加工中心 | 1台 |
国产C630车床 | 1台 |
XH7640加工中心 | 2台 |
XH5660仿形铣 | 1台 |
德国Deckel DC40加工中心 | 1台 |
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上述设备，用于柴油机缸体、缸盖及模具的加工，并已生产联线。此外，对模具加工的2台加工中心、2台仿形铣和龙门铣实现了网络化互接。在网络化联接中，除实现与总厂的CAD/CAM系统连接，实现加工程序的快速下载外，还可实现设备间的信息相互共享，可在加工中心上直接获得仿形铣的仿形结果，使得仿形铣数据可供多台设备使用，大大节约了昂贵的仿形铣设备购置费用。目前，这些设备运行状况良好，产生了重大经济效益，获得用户满意。
3、南昌飞机制造公司应用
在南昌飞机制造公司应用华中数控系统改造机床7台美国麦道公司二手设备进行了改造，此外配用2台国产铣床。具体型号为：
T250转塔铣 | 4台 |
数控下料铣床 | 1台 |
辛辛那提卧式加工中心 | 1台 |
德国4轴工具磨床 | 1珠光膜台 |
国产300铣床 | 2台 |
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该批设备有7台用于波音737-700飞机后缘肋、封闭肋，K8飞机的柜接头、墙接头、前仪表盘骨架、中（左、右）舱仪表板等结构零件加工及相关模具加工；2台小型铣床用于飞机模线样板加工及企业培训。
三、 数控化改造效益
1、设备的数控化改造，提高了机床性能和质量，为工厂产品创新创造加工条件，增强了企业的生产能力。
例如常柴股份公司1974年从日本牧野公司引进一台用于模具加工的仿型铣床，其控制系统是分立元件组成，X、Y、Z轴驱动采用的是液压脉冲马达，由于年代久远，分立电子元件均已严重老化，故障频繁，维修困难，没有被件，尤其是仿型测头更是难以“伺候”；经过我公司改造后，该机床可实现三种加工方式。1.数控加工；2.边仿形边加工；3. 边仿形，边加工，边记录数据，机床的性能和加工范围大大扩大，投入使用后，机床使用正常，性能稳定，效率大为提高，为工厂新产品开发、生产了很多磨具。又如东方电机股份公司2.5、3.4、6.3立式车床经过改造后，除满足普通端面和外径切削外，对于一些异形面，如锥面、圆弧面、内外球面和各种流线型回转面都可进行加工，大大扩大了机床应用范围。
据初步统计，东方电机公司所投产的15台设备，可形成年产值3800万元的数控加工能力；常柴股份公司的加工线，可形成缸体、缸盖零件6000件，年产值为3200万元的生产能力，由仿形铣和加工中心网络化后组成的模具加工系统，可实现年产柴油机零件模具30余套、产值1500万元；南飞公司所改造的二手数控设备，可形成年产值800余万的飞机零件加工能力。
2．设备的数控改造，可以有效提高工件加工精度和效率。
经过数控改造后的机床其加工精度和效率比原有都大为提高，大大提高了加工质量和效率，东方电机厂的大型设备改造，为其三峡电站机组、100MW核电机组制造、提高出口机组质量提供了良好加工手段。如大型水轮机的泄水锥原在普通立车上加工需60小时/件，型面误差达2mm。6.3立车改造后，加工球体轴承座零件S900，其直径偏差在0.03mm以内，远远满足原零件规定直径偏差0.09mm的要求，过去加工此零件需120小时（包括打磨处理），而机床改造后加工时间减少到20小时（不需打磨），仅此提高效率6倍。
在常柴公司的应用中，其改造的加工线在柴油机缸体、缸盖生产中，可大大提高生产效率和质量，可提高工效50-80%并降低废品率，且可减少产品换型的生产准备时间；所改造的
日产仿形铣，2年来加工了柴油机模具几十套，还还加工了华宝空调的模具，共创产值3000多万。
3．设备的数控改造，产生显著效益。
机床的数控化改造，产生的经济效益从两个方面来看，一是节省购置同类数控设备资金，一是改造后机床能发挥作用，特别是重型、专用机床更为明显，如购买一台15 m数控卧车价值2000万，一台φ6.3m数控立车价值1000多万，据在东电、常柴、南飞三个企业的初步统计，数控改造为企业节约了设备购置费用达9645万元。
（1环境风洞）东方电机厂
东方电机厂共数控改造15台，其改造及节约费用如下表。
无框画
设 备 类 型 | 新购费 | 改造费 | 节约购置费 |
5台大型设备(15 m和10m卧车、6.3m立车等) | 5000万 | 450万 | 家具附件4550万 |
6台中型设备（5m卧车、2.5m立车等） | 1700万 | 300万 | 1400万 |
4台普通设备（三、四坐标铣床） | 240万 | 80万 | 160万 |
合 计 | 6940万 | 830万 | 6110 |
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注：上述费用不包括机床原值
（2）常柴股份公司
在常柴公司共改造设备15台，配新机床3台。改造及节约费用如下表：
设 备 类 型 | 新购费 | 改造费 | 节约购置费 |
4台柔性单元 | 1200万 | 160万 | 1040万 |
7台进口加工中心 | 1400万 | 245万 | 1155万 |
4台仿形铣、龙门铣等 | 700万 | 100万 | 600万 |
合 计 | 3300万 | 505万 | 2795万 |
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注：上述费用不包括机床原值
（3）南昌飞机制造公司应用
在南昌飞机公司共改造7台，新机床2台。其改造的节约费用见下表：
设 备 类 型 | 新购费 | 改造费 | 节约购置费 |
4台转塔铣 | 400万 | 80万 | 320万 |
卧式加工中心 | 160万 | 25万 | 135万 |
下料铣及工具磨 | 300万 | 50万 | 255万 |
合 计 | 860万 | 145万 | 715万 |
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注：上述费用不包括机床原值
4．设备的数控改造，树立起了对使用国产数控系统的信心
国产数控系统在大型设备中的应用，在国内引起了重大反响，许多企业由此树立起了对使用国产数控系统的信心，如常柴公司和南飞公司都是因为上述工作影响而成批选用华中I型系统，为国产数控系统的应用推广起到了很好的的示范作用。
四、数控改造的关键技术：
机床改造涉及的机床设备种类多、零件加工工艺不同，要求提高机床精度，可靠性要求高，特别是大型设备及柔性单元控制复杂、人机界面要求简单、易操作，有的要求多处进行控制。其改造复杂度大和工程工作量大。在技术方面，主要解决以下的关键技术：
1 误差补偿技术；采用误差补偿技术以提高数控机床的精度有两方面的意义：其一是与制造精度的提高相结合，使数控机床的总体精度上升到一个新的台阶，以满足某些尖端产品的高精度零件数控加工的要求；其二是在现有机床一般制造精度的条件下，实施误差补偿，以实现廉价的精度升级。
采用软件补偿方法，可以在不对机床的机械部分作任何改进的情况下，使其总体精度和加工精度显著提高，由于数控加工精度的提高而促成我国机电产品性能的改善和竞争力的提高方面的效果与效益更是无法计算。
与工业发达国家相比较，我国机床的制造精度不高，精度保持性欠佳，而机床的服役期又往往较长，精度丧失严重。因此，上述精度软补偿与软修复技术对我国更是具有特别重要的意义。
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