石毅 楊延釗

陜西華拓科技有限責(zé)任公司是專業(yè)從事高檔數(shù)控系統(tǒng)、高檔多軸聯(lián)動數(shù)控加工設(shè)備和數(shù)字曲面微滴噴射設(shè)備的研制、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)，及“智造”服務(wù)產(chǎn)品平臺的集成、協(xié)同和對外服務(wù)的創(chuàng)新型高科技企業(yè)。

2008年初，華拓科技確立了以高檔數(shù)控技術(shù)為戰(zhàn)略發(fā)展目標，擯棄國內(nèi)一直沿用的“仿制國外以嵌入式系統(tǒng)為核心開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)”的研發(fā)模式，創(chuàng)新性地針對先進的PC數(shù)控技術(shù)進行攻堅，充分融合了并行處理、分布式計算、測控技術(shù)等專業(yè)技術(shù)，在較短時間內(nèi)攻克了開放式、軟件化PC+I/O型多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)。2009年3月獲得國家發(fā)明專利授權(quán)，同年7月通過了中國機械工業(yè)聯(lián)合會和中國機械工程學(xué)會聯(lián)合組織的科技成果鑒定，來自清華大學(xué)、華中數(shù)控、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、西飛集團、西安航空發(fā)動機集團等單位的權(quán)威專家評審后一致認為該技術(shù)“具有國際先進水平”。

在此基礎(chǔ)上研發(fā)的桌面式微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床，填補了國內(nèi)空白。該設(shè)備涵蓋數(shù)控教學(xué)、非金屬加工、鋁銅加工、小型高精密金屬加工等全系列微小型零件加工及教學(xué)培訓(xùn)、創(chuàng)客空間等領(lǐng)域。

桌面式微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床憑借先進的技術(shù)水平和創(chuàng)新、綠色、環(huán)保、節(jié)能的設(shè)計理念，先后榮獲世界綠色設(shè)計組織頒發(fā)的“2014綠色設(shè)計國際大獎”金獎、“2016年中國好設(shè)計”銀獎、2016首屆鄂爾多斯國際創(chuàng)意設(shè)計大賽組委會大獎。

研制背景

微型機床體積小、慣性質(zhì)量小、發(fā)熱量小，具有能耗低、柔性大、效率高的優(yōu)點，可以減小微型裝置生產(chǎn)線的全系統(tǒng)尺度規(guī)模，既節(jié)省能源又節(jié)省制造空間和資源，符合節(jié)能、環(huán)保的要求，是綠色制造的發(fā)展方向。

主要優(yōu)點：微小零件的柔性高效生產(chǎn)系統(tǒng)；可適應(yīng)不同零件的小批量生產(chǎn)；用于敏捷、快供貨、低成本的生產(chǎn)；以創(chuàng)新的方法和價值實現(xiàn)用戶友好、環(huán)境和生態(tài)友好。

今天，我國成千上萬的企業(yè)仍然在使用傳統(tǒng)機床甚至精密數(shù)控機床加工諸如直徑<10mm、長度<50mm的回轉(zhuǎn)體零件，以及體積<10cm³的棱形零件，嚴重浪費生產(chǎn)面積、能源，加重了環(huán)境負擔(dān)，投入大，產(chǎn)出少，背離了高效率、節(jié)能減排、綠色制造的大方向。微型機床和桌面工廠是機床產(chǎn)業(yè)的“藍?！保脚d未艾，前途無量。微型機床絕不僅是實驗?zāi)Ｐ?、教具，更不是玩具，而是未來工廠的重要生產(chǎn)工具和裝備。

設(shè)計思路

針對微小化智能制造的發(fā)展趨勢，華拓基于下述設(shè)計理念和目標進一步開展了微型機床產(chǎn)品的研制與開發(fā)。

1.以最高端桌面式微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床為目標。由于五軸聯(lián)動數(shù)控機床是目前數(shù)控機床領(lǐng)域最高端的加工設(shè)備，具有一次裝夾可以高效、高精度實現(xiàn)任意復(fù)雜曲面加工的特點，在大幅度提高加工效率和加工精度方面最具優(yōu)勢，拿下這個目標再向下拓展更容易。

2.在公司具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，且獲得國家發(fā)明專利，并經(jīng)國內(nèi)權(quán)威專家鑒定委員會評價具有“國際先進水平”的第六代開放式、軟件化PC+I/O型多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計、加工、生產(chǎn)了軟、硬件全部模塊化結(jié)構(gòu)的桌面式微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品體積小、重量輕、慣量小、能耗低，能覆蓋微型加工的主要工件，既可以完成塑料、尼龍、代木、木材等軟質(zhì)材料的加工，又可以完成各種金屬材料的加工，精密機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計保證了設(shè)備的高精度加工要求。

3.在成本控制方面力爭追求極致。桌面式微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床系列產(chǎn)品的售價較低，為客戶購買和使用提供了極具競爭力的選擇，便于客戶根據(jù)各自的需求快速組合并完成柔性桌面工廠的生產(chǎn)模式。

4.由于采用開放式PC數(shù)控系統(tǒng)，可以與CAD＼CAPP＼CAM通用軟件有效集成，大大降低了從設(shè)計到制造的整體實現(xiàn)周期，方便用戶的使用。

5.人機交互操作部分基于通用的Windows軟件操作系統(tǒng)，大大簡化了操作按鍵，只通過標準的鍵盤和鼠標就能完成全部操作，方便靈活。

6.具有完整的有線和無線網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可實現(xiàn)遠程柔性制造管理、遠程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷、遠程維護、遠程技術(shù)支持、遠程數(shù)控編程等功能。

7.既可以作為標準的加工設(shè)備，又可以作為技術(shù)培訓(xùn)設(shè)備，幫助高檔數(shù)控加工人才快速完成從理論到實操的全部培訓(xùn)工作。

設(shè)計創(chuàng)新點

該產(chǎn)品的創(chuàng)新點在于突破了原有工業(yè)機床的應(yīng)用局限，極大地提高了數(shù)控機床的易用性和普及性。主要體現(xiàn)在下述方面。

1.在充分保證功能和性能的同時，設(shè)計時重點考慮體積小、重量輕的目標，用于微型工件的高效、高精度加工?？梢詮V泛應(yīng)用于制造業(yè)各個領(lǐng)域，如電子元器件、微型精密零件、小型模具、醫(yī)療產(chǎn)品、工藝品等的加工，在航空航天、汽車、武器裝備、醫(yī)療設(shè)備、消費電子產(chǎn)品等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.目前國內(nèi)急需掌握高檔五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)的人才，由于這種設(shè)備非常昂貴（基本價格都在200萬元以上），加工技術(shù)包含CAD＼CAPP＼CAM多領(lǐng)域，而且維護、維修費用極高，因此國內(nèi)很少有能提供包含實操環(huán)節(jié)的完整培訓(xùn)服務(wù)。本系列產(chǎn)品在保證功能和性能的同時，價格較低且維護非常容易，因此在開展高檔數(shù)控技術(shù)培訓(xùn)方面具有突出優(yōu)勢，填補了國內(nèi)外在這一領(lǐng)域高質(zhì)、低價培訓(xùn)設(shè)備的空白。由于是桌面式設(shè)備，其延伸系列產(chǎn)品甚至可以用于國內(nèi)中小學(xué)通用技術(shù)課程的普及教育，讓孩子從小就接觸到制造業(yè)的核心技術(shù)，提高孩子的動手能力、想象力和創(chuàng)新能力，這對于我國未來制造業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。

3.目前我國正在大力推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，各地創(chuàng)客空間和孵化基地大量涌現(xiàn)。華拓桌面式微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床將為創(chuàng)業(yè)者們提供高端數(shù)控加工設(shè)備和手段，以低成本完美且快速地制造出真實產(chǎn)品，打通從創(chuàng)意到產(chǎn)品的“最后一公里”，充分發(fā)揮微小化制造優(yōu)勢，讓制造業(yè)重回城市中心。

主要設(shè)計先進性指標

1.技術(shù)方面

桌面式微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床具有節(jié)能環(huán)保、環(huán)境友好的優(yōu)點，便于使用和維護，對于復(fù)雜型面的工件加工具有得天獨厚的優(yōu)勢。

功能：五軸聯(lián)動數(shù)控完整功能；

性能：直線軸精度：≤0.01mm；旋轉(zhuǎn)軸精度：≤60arcsec：

重量：≤300kg；體積：≤1.5m³。

2.商業(yè)領(lǐng)域

市場潛力巨大，應(yīng)用范圍甚廣。微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床開辟了小、微復(fù)雜零件數(shù)控加工的巨大市場。數(shù)控教學(xué)與培訓(xùn)、義齒加工、電極加工、家用電器、電子通信零件、工藝品雕像等行業(yè)拓展開來，每個都是廣袤的市場，潛力不可限量。

微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床用小機床干小零件，減少生產(chǎn)成本；占地面積小，場地要求低，降低生產(chǎn)場地成本；小機床功率小，降低能耗；小機床排放小，降低污染排放；由于小機床大大降低了制造成本（約為工業(yè)級機床的幾分之一），所以在同種零件的加工中，相同的投資成本下，生產(chǎn)效率會大大提高；降低初期使用門檻，大力推動我國五軸聯(lián)動數(shù)控行業(yè)發(fā)展；大大降低機床的維護成本以及機床的操作、培訓(xùn)成本。

3.廣泛的影響力

桌面式微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床對于創(chuàng)業(yè)者和創(chuàng)客來說是智能加工的利器，可以有效地將他們的創(chuàng)意通過打樣和試制變成真正的產(chǎn)品。同時采用快速制造手段和高效、低成本的加工工藝，不斷完善產(chǎn)品的各項性能和指標，走出一條科技與文化相融合的創(chuàng)新之路。

4.人本理念

桌面式微型五軸聯(lián)動數(shù)控機床具有體積小、重量輕、適應(yīng)各種辦公場地的優(yōu)點，對于中小學(xué)普及制造技術(shù)教育和大中專院校的職業(yè)技能培訓(xùn)來說優(yōu)勢明顯。同時，對于推動殘疾人就業(yè)也可以發(fā)揮積極的作用，通過開展“扶技助殘”，讓廣大殘疾人通過數(shù)控技能培訓(xùn)獲取生活保障和收入，實現(xiàn)自立自強。

此外，公司分析先進制造技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，創(chuàng)新性地提出了“云數(shù)控系統(tǒng)”的新概念，2017年1月獲美國發(fā)明專利授權(quán)，成為國內(nèi)該領(lǐng)域唯一獲得國外發(fā)明專利授權(quán)的企業(yè)。

在專注于研發(fā)與完善高檔數(shù)控系統(tǒng)和多軸聯(lián)動數(shù)控機床系列產(chǎn)品的同時，華拓科技又拓展全新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，歷時6年成功研制出了全球首創(chuàng)的數(shù)字曲面微滴噴射設(shè)備。該設(shè)備具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，可以完成復(fù)雜形狀工件表面的全彩色立體噴墨打印，還可深入擴展實現(xiàn)許多特殊材料在復(fù)雜曲面形狀（包括大曲率凹面）底材表面對液體、膠體、融溶物質(zhì)等多種流體進行的微滴噴射工作，在全彩色立體噴墨打印、曲面印刷電路打印、微機械、微電子、電子裝配、疾病檢驗、基因分析及合成、藥物分析與生產(chǎn)、生物化學(xué)檢驗等眾多領(lǐng)域具有極為廣闊的應(yīng)用前景，是滿足未來智造需求的先進制造工具。

華拓科技獨創(chuàng)的“左形右色”兩大系列產(chǎn)——打破國際壟斷的多軸聯(lián)動數(shù)控加工系列設(shè)備（左形）和全球首創(chuàng)的數(shù)字曲面微滴噴射系列設(shè)備（右色），將產(chǎn)品品的“形與色”有效統(tǒng)一解決，顛覆了傳統(tǒng)加工與印刷行業(yè)從無交集的狀態(tài)，又將前沿的印刷電子技術(shù)直接從平面提升到了三維立體解決方案，同時還能為電了、微機械、生物醫(yī)療等眾多領(lǐng)域提供全新的設(shè)備及工藝解決方案，在多行業(yè)、多專業(yè)、多領(lǐng)域中實現(xiàn)的協(xié)同創(chuàng)新將會為“中國智造”提供最前沿、最先進的技術(shù)、設(shè)備和服務(wù)平臺。

五維科技創(chuàng)新體系

回顧華拓科技的發(fā)展歷程，可以清楚看到科技創(chuàng)新給企業(yè)帶來的成長機遇及發(fā)展動力?？偨Y(jié)多年來的企業(yè)發(fā)展軌跡，獨具特色的“五維科技創(chuàng)新體系”躍然而出。

“五維科技創(chuàng)新體系”由廣度創(chuàng)新、深度創(chuàng)新、延伸創(chuàng)新、實用創(chuàng)新和持續(xù)創(chuàng)新組成，作為華拓科技的創(chuàng)新機制，一直不斷促進企業(yè)在新技術(shù)、新服務(wù)、新架構(gòu)等方面的發(fā)展，進一步支撐了公司綜合實力的整體提升。

1.廣度創(chuàng)新，指多學(xué)科技術(shù)融合，實現(xiàn)體系與架構(gòu)創(chuàng)新。

隨著各領(lǐng)域?qū)I(yè)知識的細化和深入，一個人或一個創(chuàng)新團隊所掌握的不同專業(yè)領(lǐng)域知識和開發(fā)經(jīng)驗是有限的。因此，想要實現(xiàn)突破性的科技創(chuàng)新，首先就要在多學(xué)科技術(shù)融合方面拓展思路，突破傳統(tǒng)的體系與架構(gòu)限制，從而實現(xiàn)廣度創(chuàng)新。

華拓開放式、軟件化PC+I/O多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)的創(chuàng)新研究，是廣度創(chuàng)新在數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用實例。

目前市場上主流的數(shù)控系統(tǒng)基本上都是采用嵌入式系統(tǒng)為核心構(gòu)建的封閉式或半封閉式結(jié)構(gòu)。華拓在確定以高檔數(shù)控系統(tǒng)為戰(zhàn)略目標之初，就充分分析了以上傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的不足和數(shù)控系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢，明確了以開放式、軟件化PC+I/O多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)為首要研制目標，突破了傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)模式，實現(xiàn)了多專業(yè)、多學(xué)科技術(shù)的有機融合，最終實現(xiàn)了廣度創(chuàng)新。

2.深度創(chuàng)新，指專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)縱深探索，實現(xiàn)技術(shù)改進、集成創(chuàng)新等升級性創(chuàng)新。

華拓在深度創(chuàng)新方面也做了很多工作，不僅對開放式、軟件化PC+I/O多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部軟硬件的持續(xù)改進和新功能集成方面一直在不斷創(chuàng)新與完善，更重要的是進一步開展了開放式工業(yè)設(shè)計＼計算機輔助設(shè)計＼工藝規(guī)劃＼計算機輔助制造＼數(shù)控加工＼計算機輔助檢測（CAID＼CAD＼CAPP＼CAM＼CNC＼CAT）軟硬件集成體系的深入研發(fā)。

為此，華拓提出了打造“開放式CAD＼CAPP＼CAM＼CNC軟硬件集成體系”的創(chuàng)新思路，將傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）與CAD＼CAPP＼CAM集成于一體，實現(xiàn)數(shù)控加工的完整工藝流程集成化體系。

深度創(chuàng)新需要科技人員對專業(yè)技術(shù)深入挖掘，從而實現(xiàn)改進或集成性創(chuàng)新，這種創(chuàng)新的難度相對較低，對多學(xué)科、多專業(yè)技術(shù)融合的要求也較低，易于快速產(chǎn)生新技術(shù)和新產(chǎn)品。

3.延伸創(chuàng)新，指追溯歷史根源，尋求發(fā)展規(guī)律，實現(xiàn)前瞻預(yù)測，確保合理創(chuàng)新。

華拓的開放式、軟件化PC+I/O多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計思路完全采用延伸創(chuàng)新的模式進行展開，在充分分析數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程后，才確定了這種緊密跟隨計算機及IT信息技術(shù)的發(fā)展趨勢同步發(fā)展的方式。

數(shù)控系統(tǒng)迄今共發(fā)展了六代。第六代數(shù)控系統(tǒng)——PC數(shù)控系統(tǒng)的誕生是自數(shù)控技術(shù)誕生以來最具深遠意義的一次飛躍。與第五代數(shù)控系統(tǒng)的最大不同之處在于PC數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺和軟件平臺是完全通用的，因而完全避免了專用計算機數(shù)控系統(tǒng)的先天不足，使計算機數(shù)控技術(shù)的發(fā)展走上了更堅實、寬廣、快速的道路。

從數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展歷程可以清楚看到，數(shù)控系統(tǒng)一直是緊緊跟隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。華拓就是按照延伸創(chuàng)新的核心思路，順應(yīng)第六代PC數(shù)控的發(fā)展趨勢，結(jié)合廣度創(chuàng)新的方法，有機融合了機電一體化、自動控制、CAD＼CAPP＼CAM、計算機軟件、計算機系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通訊、分布式計算、計算機測控等多專業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)核心技術(shù)，最終研制成功了具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的開放式、軟件化PC+I/O多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)。

4.實用創(chuàng)新，指重視用戶感受，提升實用價值，保證創(chuàng)新與應(yīng)用的一致性發(fā)展。

實用創(chuàng)新是科技創(chuàng)新的重要環(huán)節(jié)?？萍际菫槿祟惏l(fā)展服務(wù)的，不能實用化的創(chuàng)新成果實際上缺乏價值。

華拓在實用創(chuàng)新方面進行了不少實踐，如實現(xiàn)了針對數(shù)控機床整體運行狀態(tài)的在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，可以通過各種通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)異地對數(shù)控機床運行狀態(tài)的監(jiān)測功能。如此可以有效減少停機維護時間并提高設(shè)備使用率，同時配合冗余控制系統(tǒng)，可以大大提高設(shè)備的可靠性和維護性。

5.持續(xù)創(chuàng)新，指借鑒社會科學(xué)領(lǐng)域優(yōu)秀思想，建立可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的保證機制。

持續(xù)創(chuàng)新是“五維科技創(chuàng)新體系”中最宏觀的創(chuàng)新理念。它跳出了科技創(chuàng)新的界限，進一步預(yù)測創(chuàng)新的持續(xù)發(fā)展趨勢，有效結(jié)合社會科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)方法論，建立可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的有效保證機制和促進機制，將科技創(chuàng)新發(fā)展提升到新的層面，實現(xiàn)與時俱進的創(chuàng)新發(fā)展模式。

在科技飛速發(fā)展的今天，“開放”成為科技進步的重要特征和必然趨勢。華拓在進行數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的科技創(chuàng)新工作中，借鑒了成功的開放模式所提供的經(jīng)驗，也充分預(yù)測到開放模式具有的良好前景，徹底摒棄了傳統(tǒng)封閉式數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)架構(gòu)，直接針對開放式、軟件化PC數(shù)控系統(tǒng)進行攻堅，并最終取得了成功，獲得了國內(nèi)權(quán)威專家一致給予的極高評價。

實現(xiàn)持續(xù)創(chuàng)新，不僅需要傳統(tǒng)技術(shù)研究的方法，更要充分發(fā)揮積極主動的橫向思維、逆向思維、發(fā)散思維的思維模式，拋卻思維定勢，在學(xué)習(xí)社會科學(xué)領(lǐng)域優(yōu)秀思想和理論的同時，充分展開聯(lián)想，放飛思想的翅膀，才能捕捉到跳動的思維火花，從而將科技創(chuàng)新不斷提升到新的高度。