摘要：對我國的機床行業的現狀進行了簡單的分析，並介紹了三菱的運動控制產品在機床行業的一些應用案例及產品的簡介。通過多軸的運動控制器產品實現其在該行業的高速高精度的控制優勢。
關鍵詞：機床行業 運動控制器 高速高精度
1．機床行業的現狀和前景
近30年來，隨著改革開放的逐步深入，中國的經濟得到了很大的發展。國外的很多新技術新產品不斷衝擊著中國國內的市場，導致了製造業加工業迅猛發展，這給機床行業的拓展和進步帶來了巨大的契機。
中國的機床行業從以往的以小型機床為主體的大量製造，到現在大中型機床，成套成線產品的比重逐步增大。並且，隨著加工工藝的不斷改進，對於加工精度加工速度的要求也越來越高。
目前全國機床行業的生產廠家有上萬家，其中大多是以生產中低端粗加工為主的企業。但是，近年來由於材料和能源價格的飛漲，國家所採取的貨幣緊縮政策等因素，都將導致下遊行業的增速減慢，利潤減少。而有高附加值的產品增速則繼續保持增產，利潤大幅增加，未來行業的競爭將不可避免的將朝高端市場轉移。所以，越來越多的企業已經開始意識到，中國的機床行業，在固守低端領域的同時，更應在高端產品的開發及製造方面拓展，而不是更多得依靠進口設備。
機床行業根據不同的設備，使用的電氣產品非常地廣泛，從單片機，PLC，定位模塊，數控系統到運動控制系統等都有涉及，更有廠家自主研發的電氣設備。一些高端應用領域，如高精度的磨床，旋轉刀庫，伺服衝壓送料機，自動化專機流水線等，對於控制和工藝都有一些特殊的需求，這些都不是普通的脈衝發生產品或者定位產品可以簡單對應的，正越來越多的使用運動控制產品。
2．三菱運動控制和伺服產品簡介
三菱在運動控制和伺服驅動方面具有豐富的產品線，可以對應各種類型的機床設備。
在運動控制器方面，從8軸同步控制到32軸同步控制，直到1280軸同步控制都有對應方法。並且，三菱的運動控制器通過不同的操作系統軟體，可支持不同的機床行業應用。如SV13的操作系統，以專用的SFC的編程語言，多應用於高精度的磨床設備進行插補的動作，而SV22的操作系統，以機械支持語言，則廣泛應用於多軸高速高精度同步控制的機床設備中。
在伺服產品方面，具有各種慣量等級，滿足各種設備的定位控制要求，而且從功率上來說，小到50W，大到110kW都有成熟產品。對於110kW以上的需求，也有各種對應方式來實現控制。
3．三菱產品在機床行業中的應用以及特點
下面我們就以2個客戶案例，來介紹三菱運動控制產品在機床行業中應用。
①．高性能伺服衝壓及送料系統
前面已經說過，今後的機床行業將朝著高端的市場轉移，那麼對機床的複合化智能化提出了更高的要求，以普通的衝壓設備為例，以往設備是將衝壓好的工件由人工操作拿取，隨著現在國內人力成本的不斷上升，由機器替代人工操作將是一個必然的趨勢，那麼高性能的衝壓機床將會由自動送料取料系統取代人的操作。那麼衝壓設備如何根據不同的工件運行不同的衝壓曲線，送料系統如何和衝壓系統相配合，如何保證模具的安全性等將是高端衝壓設備所需要考慮的，無疑使用運動控制器是最優選的方案，它要求運動控制器產品能根據不同的工件加工要求來變化衝壓曲線，送料設備與衝壓設備的同步控制。
動作概要如下：
該系統由伺服衝壓機和配套的送料機所構成，衝壓機在衝壓完成的同時，送料系統進行送料的動作，在衝壓頭非工作的區域，完成送料，並且送料系統回到初始位置，等待衝壓機再次進行衝壓，依次循環，此系統要求送料系統動作和衝壓機的動作能相互配合，進行同步的控制。該設備需要衝壓軸一個，傳送軸六個。
該系統的伺服衝壓機與送料機都是由三菱的運動控制器QD系列MOTION來進行控制，系統配置結構如下：
由於該設備使用了三菱的最新的Q170M型運動控制器產品，最多可控16根軸，所以如果今後需要控制更多的衝壓機的話，只需要相應增加伺服產品既可，控制產品無需增加。另外，該運動控制產品內置電源，PLCCPU和運動控制CPU，節約了客戶的一部分成本。同時，它基於IQ Platform的高速通信基板，實現無縫的鏈接通信，運動控制器與伺服放大器之間採用了三菱自主開發的SSCNETⅢ伺服匯流排網路，使各軸的時鐘頻率達到一致，保證了所有的軸在同一時刻接受到同一指令並開始動作。這些特性對於這種同步要求很高的設備來說，是非常必要的功能。另外，該運動控制器使用光纖匯流排連接，網路通訊速度更達到了50Mbps，不但提高了抗干擾能力，減少了現場布線操作的錯誤率，還能實現海量控制數據的高速傳輸。
通過一台運動控制器可同時控制伺服衝壓機和送料機構的動作。使用三菱特有的機械結構程序，簡單地編寫程序就可以將衝壓頭的動作和送料的各軸完美的結合在一起，實現同步控制的要求。通過調整下圖中主軸的運行，就可以簡單的控制所有的軸按照固定的時序完成各自的動作。
同時，客戶可通過運動控制器，根據實際衝壓工件，選擇適合的衝壓曲線，減小了衝壓過程中對模具的損耗，延長了模具的壽命。如果客戶有多台衝壓設備的話，更可通過一台運動控制器（最多32軸）控制多個壓力機的動作，對於客戶而言更節約了電氣上的成本。
②．高精度內研磨機
高精度內研磨機工藝如下圖：
內研磨機用於加工軸承內壁。在加工時主要使用兩軸插補運動。其中X軸在徑向方向上做恆速運動，加工時最低速度為0.2μm/s。Z軸負責磨輪的往複運動，其總行程為410mm，最高頻率為520次每分鐘。
該系統使用了QD系列運動控制器以及與其相對應的MR-J3-B系列伺服。該系列伺服電機的解析度達到了262144p/r，高解析度的電機滿足了對機床的高精度的定位要求。除此之外，該伺服先進的自動震動抑制功能，能自動抑制加工過程中所產生的震動，減少了加工的誤差，並且減少了現場手動調整的操作，方便了編程人員的調試。電機的尺寸更比原來減少了23%，大大減小了機械設備的安裝尺寸。最後，由於所有的參數都是由運動控制器來管理的，所以一旦出現伺服產品的損壞的話，只需要更換相應的伺服產品，而無需其他任何參數和程序的變更。
該設備由於使用三菱的Q172H運動控制器和J3-B系列的伺服控制，可以實現高精度地磨修砂輪，以實現磨削工件的更高精度。
4．總結
在特種機床和專機越來越多的今天，三菱的運動控制和伺服產品在機床行業中嶄露頭角，更多的體現出其在同步高速高精度方面的優勢。三菱產品將與中國的製造業和加工業一起發展，共同打造更美好的明天。
作者簡介
張靜 自08年起擔任三菱電機自動化公司的技術支援部工程師，主要負責三菱伺服，運動控制產品在華東地區的技術支持及推廣工作。
