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中國經濟的持續穩定增長,為數控機床行業的發展提供了廣闊的空間。同時，在中國積極推進振興裝備制造業戰略的大環境中,極大地帶動了又被稱為裝備制造業的工作母機的數控機床生產企業的發展。在數控機床的品種看，普及型數控機床所占比例從十多年前的10%增長到目前的近40%。這個結構的變化說明了中國數控機床行業的整體素質有了很大的改善和提高。航空航天、船舶工業、汽車產業、模具加工以及電子產品等零部件制造業等對數控機床、將提出更高質量、高精度、高速度、高穩定性、高操作性的要求，推動中高檔數控機床的需求比例持續上升。另一方面，生產的大規模化和加工產品品種的不斷更新和切換等現場生產效率的追求，更將促進數控機床從傳統的加工機械向同時具有數據傳遞、網絡通訊等功能的復合型信息化加工機械的轉變。 數控系統作為對數控機床發出各種工序指令的核心部件,其本身的性能指標和功能直接關系到機床的性能和規格。因而今后中國的數控機床產業的發展在很大程度上依賴于投放于市場的數控系統的技術發展。 作為世界知名的數控系統研發及制造廠商，三菱電機和廣大的中國國內數控系統廠商一起，致力于中國的數控機床產業的發展，其投放于中國市場的數控產品，在近幾年中無論從性能價格比，以及性能規格上積極迎合中國市場的需求。以下結合中國數控機床產業的發展展望，就數控系統方面，應具備哪些功能方面，以目前三菱針對中國市場而開發并投放于市場的主力產品（EZmotion60、EZmotion 68、以及M60S系列等）和今后推廣的新機種（M70、M700系列）為藍本，就主要功能實現等技術層次方面樂意和廣大讀者做一介紹和探討。 1. 高精度、高質量加工 良好的加工取決于數控系統的可控制精度，數控機床的機械精度以及合適的加工條件。針對數控機床的具有高精度、高質量加工要求，體現在前兩者在機電控制上的完美結合。為實現這樣的指標，就整體的數控系統方面筆者認為應注重以下幾個要點：1）指令精度、內部數值計算及處理的精度;控制單元與伺服驅動單元間數據的通信能力;驅動系統（包含伺服驅動單元內部數值處理、高靈敏度電機、高分辨率編碼器等）的控制精度。2）對應于機械部分的靜態誤差的補償能力（背隙、機械補償等）。3）對應于機械部分的動態補償（Lost Motion、溫度補償、高速優化機械響應及前饋控制等）。三菱電機除了在中國市場投放的現有E68及M60S系列中具備有上述功能之外，在最新機種 M70/M700中，為實現更高精度的10納米或更高的真正納米控制，綜合上述的技術要素，分別采用并完成開發了完全納米指令、控制路徑的納米插補、高速光纖伺服通訊網絡（MACH net）、高增益控制II型伺服控制、最新高可控制型HF電機以及高分辨率的100萬脈沖或1600萬脈沖編碼器。另外、針對技術上的難題：機械動態控制精度的補償方面，更搭載了SSS控制（Super Smooth Surface）、OMR-FF控制（Optimum Machine Response-Feed Forward）、DDC控制（Direct Drive Communication）等世界領先技術。 2. 高效率、復合型加工 現場的生產效益的提高，在數控系統中體現于更短的加工準備時間、更高的加工速度、以及復雜的加工能一次性在同一臺數控機床上完成。具體的主要技術指標上分別體現在:1）加工圖紙至加工程序的轉換的簡便性;2）高速加工能力;3）多系統（通道）車銑一體化復合型加工等方面。三菱電機為滿足今后中國市場的需求，在其數控產品上，例如M70/M700本體，以及作為輔助工具在一般電腦上，均可實現由圖紙到加工過程中無需用戶編程的NAVI MILL/NAVI LATHE功能。同時以縮短加工時間為目的，尤其對于一次加工就需花費較長時間的模具加工，其加工速度可達135KBPM的能力。而對于更多的諸如汽車零部件加工方面，分別在加工中心上提供雙系統（通道）和車床上的四系統（通道）和充實的車銑功能，以方便客戶能在同一臺數控機械上對多個零部件的同時加工和自動完成高度復雜的加工程序并將因零部件的切削面不同而需重新裝夾的時間和精度誤差縮至極小。 3. 高操作性、智能化人機界面 伴隨著數控系統的高度復雜化，其功能的增加也無意增加了操作的復雜化。而數控機床的不斷普及和市場的擴展，又有更多的專用機械也將加入數控行列。僅依賴于由數控系統制造廠商提供標準的數控畫面已無法完全滿足實際現場操作需求和機械廠家的畫面個體化設計。數控系統的人機界面的操作便捷性及個性化的設計作為數控系統的性能指標之一，更顯其重要性。其技術層面的發展方向：1）伴隨功能的增加而日漸增多的數控畫面，如何以盡可能少的鍵操作獲取能希望的畫面；2）何如能在顯示必要的信息同時，又能體現簡潔明了的畫面含義；3）使用觸摸屏方式，減少機械操作面板的硬件配置的同時，提高設計的靈活性等等。在三菱的 M70/M700系列中，其標準畫面的設計和現有機種相比，其畫面構成，字體大小，色彩配置，在更好地吻合現場需求的同時，相對其畫面數量增加近20%，通過菜單鍵的組合和運用彈出畫面等功能，切換畫面所需鍵操作則減少了20%，提高了畫面的信息顯示能力和操作性能。同時針對在線編程方面，能隨輸入指令同步顯示編程指令格式和檢查其輸入正確性。而利用NC Designer、或觸摸屏等硬軟件工具，則為一些機械廠家提供了開機畫面的個性化設計，并且通過簡單的畫面部件重新排列組合，更為使用三菱數控客戶創造獨自的NC操作畫面，以區別其他機械廠家產品和提高操作性提供了強有力的手段。 4. 最優機械響應控制 數控機床并不是只有數控系統的機床設備，機械的性能會直接影響到實際的加工效果。由于機械的設計、材質、制造、裝配等的不同，從而導致機械的特性有很大的差異，在這種情況下，為了提高數控機床的動態加工精度，就必須對機械上引起誤差的主要因素加以考慮，進行恰當的處理，才能達到滿意的動態加工精度。 三菱的OMR（Optimum machine response）控制功能，是對產生軌跡誤差主要原因的機械和電機的模型進行推定（考慮其慣量、摩擦、粘性系數等），并且基于這個模型進行前饋控制，實現高精度的加工。借助于此，圓弧插補中的象限突起和實際軌跡小一圈的現象也得到了大幅度的改善。與以前簡單的前饋控制不同，OMR控制功能更傾向于考慮實際的機械和電機的狀態，根據實際狀態的變化，進行動態的精密控制。 OMR控制功能包含兩個部分-高精度校正功能和OMR-FF控制。OMR控制-高精度校正功能通過對機械側彈性形變、動態摩擦、粘性系數的推定，實現滿意的動態加工效果。OMR-FF是通過高增益的三環控制，促使機械達到最佳響應，但不會引起機械振動的前饋控制。 5. 綜合生產管理、數字化、信息化加工 利用多臺的數控機床，進行類似汽車、或3C的部品加工，是當今機械加工現場的又一趨向。其數控系統的實時信息開放的種類及內容，手段或對應網絡規格的多寡，很大程度上影響制造工廠的數字化綜合現場生產管理。主要體現于：1）信息開放種類，如機床運行狀態、加工數量、刀具壽命、報警信息、加工程序等；2）信息開放手段，如數據類方面有RS232、Ethernet、PC-card、USB;控制類方面有PLC接口、CC-link、MELSECNET、 Profi-bus等；3）遠程監控和故障診斷，如通過網絡端口進行機床部分操作、畫面切換、故障分析及排除等。三菱數控系統在其三菱電機作為工廠自動化（FA）的綜合研發及制造企業的背景之下，針對數控機床行業的網絡化、信息化對應方面，具有悠久的發展歷史。在M70/M700系列產品中，不但通過 Ethernet網絡，在數控機床和上位電腦間就數控的各項數據均可進行雙向通信，也可通過PLC接口、MELSECNET、或應用CC-Link等的控制網絡配合其他的控制設備實現高速、高度的自動化控制。而同樣可應對從生產現場（MES接口）到企業管理層（ERP管理）的整合新構架e-F@ctory 系統，更為結合數控系統于一體的，全面數字化綜合生產管理帶來廣泛的應用前景。另一方面，通過Ethernet實現上位電腦的數控系統的全畫面監控，及通過電話線進行的遠程診斷系統（MR-net），則為綜合生產管理提供了完全有效的運行保障。 以上為我對中國數控機床行業的發展過程中，就數控系統的控制技術的現狀和近期發展副方向做了部分介紹。希望廣大讀者和我一起探討，為中國數控發展作貢獻。 |
