CIMT2019展品评述 | 从展品看数控系统特点及发展趋势

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CIMT2019上,中国机床工具工业协会乐橙国际娱乐网站数控系统分会组织分会企业,对相关数控系统展品的技术特点进行了分析,重点放在新技术、新特点方面,对配套展出的高档国产数控机床进行了总结,对未来数控系统产品和产业发展趋势进行预测。  一、概述  CIMT2019展会以“融合共赢智造未来”为主题,今年的政府工作报告提出了“智能+”概念,推动传统产业改造提升,特别是要打造工业互联网平台,拓展“智能+”,为制造业转型升级赋能。  可以预见,互联互通、AI、开放性、极致的高速高精等应该是下一阶段数控系统厂商必争的主要阵地。为了实现机床和周边设备共享数据,实现信息化管理,需要系统能够实现互联互通;为了更好实现机床的智能化控制,需要AI算法;为了给用户带来更高的产能、更高的品质,需要新一代高速高精控制技术。  本届展会,中国机床工具工业协会数控系统分会组织分会企业,对相关数控系统展品的技术特点进行了分析,重点放在新技术、新特点方面,对配套展出的高档国产数控机床进行了总结,对未来数控系统产品和产业发展趋势进行预测。  二、国产数控系统企业主要展品  1. 武汉华中数控股份有限公司  华中数控以“智能+数控”为主题,携新一代iNC人工智能数控系统和智能机床、华中8型智能数控系统及关键技术、iNC-Cloud数控机床大数据中心、五轴联动高档数控机床、华数机器人等新产品及技术亮相展会。  (1)展区一:智能+数控——新一代iNC人工智能数控系统和智能机床展示区  重点展出基于嵌入式AI芯片的智能硬件平台智能数控系统iNC,集中展示一批新一代人工智能融合的智能应用APP和智能化功能。  技术特点:更稳、更强、更开放!①基于嵌入式AI芯片的智能硬件平台;②配置智能软件平台,形成智能APP开发环境;③实现新一代人工智能融合的智能应用APP;④提升高速高精加工质量、五轴联动加工性能。  (2)展区二:互联网+数控——iNC-Cloud数控机床大数据中心  华中数控iNC-Cloud数控机床大数据中心由云管家和雾管家组成。iNC-Cloud数控云管家是面向数控设备用户、数控设备/系统厂商打造的以数控系统为中心的智能化、网络化服务平台,通过大数据汇聚、统计分析、可视化等技术,实现生产过程的智能监控、维护与管理,为用户提供设备状态监控、生产效率分析、智能远程运维等服务。  雾管家(智能产线总控系统)是面向一条或多条智能生产线的控制系统,该系统可分布式部署在多个节点协同运行。具有模块化、可配置和开放性的特点,面向不同的应用场景,通过工艺、刀具、产线等灵活配置的方法可适应绝大部分机加产线。  (3)展区三:更精、更快、更智能——华中8型智能数控系统及关键技术展示区  华中8型智能数控系统为全数字总线式高档数控装置,支持自主开发的NCUC总线协议及EtherCAT总线协议,支持总线式全数字伺服驱动单元和绝对式伺服电机,支持总线式远程I/O单元,集成手持单元接口。  重点展出了华中8型智能数控系统多轴多通道技术、高速直线电机控制技术、双主轴同步技术、热误差补偿技术、机床健康保障技术、多总线控制技术、伺服参数自整定功能、开放式平台技术等。  2. 广州数控设备有限公司  广州数控携自主研发生产的GSK系列数控系统、伺服驱动、伺服电机等关键核心零部件盛装亮相,同时还有工业机器人进行的钥匙扣定制产线演示,全面展示GSK先进技术。  (1)数控系统展示区  广州数控展出15款自主研发生产的数控系统,全面展示在数控领域的雄厚实力。重点展出GSK系列加工中心、车床、磨床数控系统,通用可编程控制器,GSK系列交流伺服驱动器,GSK系列交流伺服电机等。广州数控设备有限公司二十多年来专注于机床数控系统、伺服驱动装置与伺服电机的研发及产业化,坚持自主创新,实现数控系统、伺服驱动、伺服电机等关键技术和零部件的自主研发生产。  GSK25i是融合当今数控领域前沿技术,通过不断创新、持续改进研制的新一代高性能、高可靠性的五轴联动CNC系统,产品功能强大、操作方便、适用范围广泛。该系统适用于五轴联动、多功能加工中心,镗、铣、钻、车、磨等机床,复合机床和自动化设备的控制,该系列产品已在航空航天、汽车制造、能源动力、五金模具等行业广泛应用,为各行业提供了高效、精准的运动控制及工艺解决方案。  其五轴联动版本针对由自由曲面、空间特征等构成的复杂零件提供RTCP功能,保证刀尖点及刀轴矢量的精确控制,可有效避免过切和欠切,配合前瞻速度平滑处理功能,可根据刀具路径几何特性(如尖角、大曲率区域、刀轴摆动剧烈等),提前自动计算合适的衔接速度,实现自适应的加减速平滑控制,可在保证加工质量的基础上获得最优的加工效率。  (2)机器人展示区  本届展会,“勤快的”中国机器人为我们带来了钥匙扣定制生产线演示,展现了机器人冲压上下料、机器人涂胶、机器人视觉识别抓取、机器人打标上下料等作业功能。  3. 沈阳高精数控智能技术股份有限公司  重点产品是基于智能硬件平台的蓝天新一代智能数控系统GJ680。系统采用19寸全触屏HMI和机床操作站,支持多传感器介入和多信息融合,可将信息技术、智能控制和网络化技术有机结合,实现高档数控系统对加工过程的全面感知及智能控制,增强系统加工处理能力,并具有智能编程、智能故障诊断、智能补偿和远程监控能力,以及设备故障的预测诊断恢复能力,可大幅度提升数控机床的性能和可靠性,提高复杂零件的加工效率和质量。  技术特点:  (1)数控系统智能化关键技术  “蓝天数控”新一代智能数控系统的产品创新主要体现在智能控制方向上的技术突破,包括智能硬件平台结构改进、智能应用APP开发和智能化控制功能扩充等方面。数控系统支持温度、振动、视觉等外部传感器的接入,进行数据实时采集和解析,在现场搭建制造物联网络,实现对数控机床加工环境和运行状态的实时感知;系统具备精优曲面加工功能、内置优化和诊断功能、机床误差智能补偿功能、进给率自适应等智能控制功能,进一步提高了数控系统的加工精度、处理效率及表面质量。  (2)人工智能技术与数控技术的结合  “蓝天数控”新一代智能数控系统将大数据、传感器、物联网等最新信息技术与数控技术进行深度融合,实现数控系统对加工过程和制造环境的自感知,使用模糊控制、专家控制或增强学习等智能控制算法作为优化算法实现在线自适应控制。  (3)数控系统开放式平台技术  “蓝天数控”新一代智能数控系统不仅提供高性能、高效率的加工处理能力,还具备智能化、多平台、开放式的系统控制功能,满足用户个性化需求的定制化产品和系统解决方案。基于QT跨平台图形引擎、J2ME开发平台及Android SDK形成数控系统二次开发平台的开发工具链,支持磨削功能、任务管理、机床监控及诊断等个性化功能的二次开发以及跨平台APP应用的开发和管理。  4. 北京超同步伺服股份有限公司  (1)伺服功能部件  超同步ES系列电主轴采用永磁同步电机、水冷或风冷结构,具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、耐磨耐热、使用寿命长、响应速度快等优点,相较于传统机械主轴具有转速高、功率大的优势,并且可以简化机床设计,易于实现主轴定位,是高速主轴单元中的一种理想结构。  (2)五轴立式加工中心V5-630B  V5-630B五轴加工中心是超同步股份有限公司自主研制的高档数控机床,采用稳定的C型结构,标配电主轴、直驱数控转台和伺服刀库,可实现复杂零件的高速、高精度加工。广泛应用于新能源汽车电机、变速箱、发动机、模具、机器人、医疗器械等产品的柔性高效加工。  5. 上海维宏电子科技股份有限公司  上海维宏公司以“维宏智能制造解决方案”为主题,重点展示了关于3C行业多轴多通道、CCD等数控智能制造解决方案。  (1)维宏多轴多通道系统  凭借多年控制技术经验和行业工艺需求积累,维宏多轴多通道产品具备强大的刀具管理及补偿方案,成熟的上下料机械手多通道方案,在手机镜片加工、按键加工领域得以应用,目前成功投入市场运行的系统支持五通道十六轴。  (2)CCD智能视觉控制系统  针对恶劣的外部环境,如Mark点残缺等,维宏股份提供CCD智能视觉控制系统解决方案,广泛应用于OGS、TFT-LCD玻璃加工,手机导光板加工,手机摄像头加工,手机塑胶及复合板材加工等。  6. 北京凯恩帝数控技术有限责任公司  (1)数控系统  展出了K2000TF4i车铣复合数控系统和K2000MF3i加工中心数控系统。K2000TFi适配车铣复合机床用数控系统,K2000MFi适配加工中心用数控系统。采用全新的硬件平台,搭载第三代高速高精算法,系统响应更快,加工效果更好,效率更高。  (2)机器人产品  KRC60是凯恩帝自主研发的机器人控制器,基于实时操作系统,结构小巧,性能强劲,扩展性强,内置PLC,支持双通道控制,编程语言(KRL)方便易懂,还可根据要求定制软件功能,实施联合开发,快速高效地为用户创造价值。  7. 新代科技股份有限公司  本届展会,新代数控重点展示了下一代(次世代)控制器和五轴方案。  (1)新代下一代控制器  采用全新工业设计,兼具高性能与精美外观。全总线连接,速度更快,可靠度更高,提供给使用者更有质感的操作体验。  下一代控制器提供良好的高速高精功能,以满足模具及高速铣削等领域的需求。多轴控制及多程序的应用,使得车铣复合及多轴插补控制更加游刃有余。丰富完整的G/M码,简单易学的操作画面,让第一次使用的用户能够快速上手。高水准整合能力及操作画面的扩充性,更让机床厂可以随心所欲提供富有特色化的产品。  (2)五轴数控方案  新代220MA-5超高性能控制器,开启RTCP(平滑刀尖点控制功能),控制器会进行刀具方向及刀尖路径的平滑处理,使整个加工过程更加平顺。搭配高精密量具,提供全方位测量方案。  8. 山东山森数控技术有限公司  (1)智能电盘  这是山森数控于2012年着手研发的产品,适用于数控机床、纺织机械、印刷机械、木工机械等多个领域电气柜外部电器件的控制。  (2)无线手脉  该产品是数控机床上配套使用的手摇脉冲发生器,该产品采用无线传输技术,省去了传统的弹簧线连接,减少因电缆引起的设备故障,免去电缆拖动、沾油等污染。操作更方便,操作者手持手轮,可摆脱弹簧线的连接束缚,可自由走动。针对大型龙门铣、数控车床、行走车床、切割等应用更是带来极大的方便,提高工作效率  9. 武汉迈信电气技术有限公司  (1)数控系统总线解决方案  迈信伺服向数字化、智能化、网络化持续推进,为用户提供定制化产品和系统解决方案,帮助用户提高制造效率、改善产品质量、降低产品成本和资源消耗,助力传统工业提升到智能化的新阶段。  (2)创新产品  迈信电气聚焦用户服务领域,深耕用户生产工艺需求,在结构改进、功能扩充和提高、性能改善、操作宜人、自动化、功能软件的扩充、节能、环保等诸多方面不断突破。迈信自主研发的EPX双轴伺服系统将在成本、空间、节能、环保等方面为用户带来实际效益。  10. 天津市泰森数控科技有限公司  (1)智能可重构数控系统展区  高档数控系统TSNC-H8系列产品满足2-8轴联动高档数控系统装备控制需求,广泛应用于高速、高精、多轴、多通道的立式、卧式加工中心,车铣复合、龙门机床与定制化等数控机床。具有千行的程序预读、改进型二阶段连续可导S加速和RTCP技术,实现高速纳米级运动控制。  高档数控系统TSNC-U1系列产品支持EtherCAT总线和脉冲控制;高档数控系统TSNC-TA系列产品支持总线式全数字伺服驱动单元和绝对式伺服电机、支持总线式远程I/O单元。  工业机器人及专机数控系统TSNC-Z8000系列控制器可控制八轴,其中任意三轴联动,连接视觉引导或激光焊缝跟踪系统,支持拖动示教,简单易用,适用于焊接机械手、车床上下料机械手、视觉定位冲床上下料机械手、油压机小五金件上下料、自动化生产线,以及各类制刷设备。  (2)数字孪生展区:柔性可重构智能制造与装配生产线  柔性可重构智能制造系统基于工业4.0理念和数字孪生技术,综合现代设计方法学、智能控制理论、数字化制造动态测控技术等多学科交叉优势,利用可适应规划方法、模块化设计方法与虚拟仿真技术集成设计的一套面向教学的半实物智能制造系统。  三、部分国外数控企业主要展品  1. FANUC(发那科)公司  FANUC公司数控系统以提高机床控制智能化为方向,在其新系统0iMF上标配了智能化功能群,包括:智能重叠控制、智能进给轴加减速、智能主轴加减速、智能自适应控制、智能反向间隙补偿、智能机床前端点控制、智能刚性攻丝等。  FANUC公司重点展示了数控系统智能化、信息化,通过技术手段,提升系统的可靠性、加工水平。展示多个智能化功能,如重叠控制、智能刚性攻丝、自适应控制和智能加减速,其技术特点是通过信息化手段,来解决机电耦合应用问题,从而提升系统的控制性能。  2. SIEMENS(西门子)公司  西门子公司主要展出828D数控系统升级版,主打传统工业市场,功能、性能升级,价格下调,预计会主要针对中低端机床配套。  3. 三菱公司  三菱公司重点展出其M800/M80系列数控系统。该系列数控系统搭载了全力开发的三菱电机史上首个CNC专用CPU,实现高处理性能,提高程序及PLC处理能力,具有NC-驱动高速通信能力,实现高精度加工。  三菱第4代SSS-4G(Super Smooth Surface-4th Generation)控制技术。SSS-4G控制优化了各轴的加减速特性,大幅缩短了生产周期。此外,即使进行高速加工,也可以抑制机械振动。使用SSS-4G控制后,在加工时间相同的情况下,可以提高加工精度;在加工精度相同的情况下,可以缩短加工时间。  4.海德汉公司  (1)动态高精  用于显著提高机床的轮廓加工精度,甚至可以较高的进给速率加工复杂的轮廓。功能包括:①CTC,补偿刀具中心点处与加速度相关的位置误差。②AVD,动态减振功能,有效抑制低频振动,允许高速和无振动地铣削。同时,允许大加加速值和更高加速度。缩短加工时间且不影响表面质量。③PAC/LAC/MAC,位置/负载/运动控制参数的自适应控制。  (2)动态高效  动态高效功能帮助用户更高效地进行重型切削和粗加工并提高加工工艺的可靠性。动态高效包括三项软件功能:①ACC,有效振颤控制,降低振颤的可能性,并允许用户使用更高进给速率和更大进给量。②AFC,自适应进给控制,根据加工条件控制进给速率,缩短加工时间,提高工艺可靠性,降低机床负载。③摆线铣削,用于粗加工槽和型腔的功能,减轻刀具受力。  四、国产数控系统配套展出的高档数控机床  本届展会上,许多机床企业展出了配置国产高档数控系统的高档数控机床。  1.配置华中高档数控系统的中、高档数控机床  华中数控与江西佳时特精密机械有限责任公司(江西佳时特)联合开发的S5H智能机床,具有高精度(定位精度1μm,重复定位精度0.5μm)、高速度和铣、车、磨等多种复合功能。  华中数控与宝鸡机床联合研制的智能数控机床,配置宝机B800系统,具有全面智能化功能:加工工艺参数优化、智能断刀检测、智能刀具寿命管理、加工工程视觉智能监控、自生长加工工艺数据库、机床健康状态预测性维护、主轴动平衡分析和智能健康管理、进给轴全生命周期负荷图、基于二维码的故障诊断工具、iNC-Cloud云服务移动端APP、远程监控、生产效率统计分析等。  深圳创世纪公司展出配置华中数控HNC-848D的T-V856智能立式加工中心,主要特点:超大型立柱,稳固,高速位移不振动、不变形,快速进给48m/min,Z轴采用刹车式伺服电机,搭配无配重设计,提升Z轴驱动性能,执行3D加工时,达到良好的表面精度。三轴均采用滚珠式线轨,具备高刚性、低噪声、低摩擦特性,可获得良好循圆精度,采用后排屑设计,有效节约空间。  秦川机床集团配置华中数控HNC-848D的HMC80高精度卧式加工中心属本届展会首次亮相,该机具有铣削能力强大、工作台承载能力大、高稳定性、快速响应特性佳等优点,适于航空航天领域箱体类、盘环类、板类、轮轴类等零件加工,是秦川机床集团为我国“三航两机”领域研制成功的重要装备。  2.大连光洋(科德数控)展出的高档机床    展出的系列复合加工机床广泛应用于航天航空领域的发动机机匣、整体叶盘、涡轮转子等加工,适于复杂轴类、模具、人工关节、复杂箱体类零件的精密加工,通过一次装卡即可完成铣、车、磨等全部工序,达到更高的生产效率,加工精度稳定在IT6级以内。  五、从CIMT2019看数控系统发展趋势  1.技术发展趋势  (1)智能化  近二十多年来,随着互联网与信息技术、新一代人工智能技术的发展和应用,数控加工逐渐呈现出网络化与智能化的发展趋势。数控系统的智能化功能也随着机床精密和复杂化的要求日趋发展,典型的智能化数控系统有:DMG MORI(德马吉森精机)的CELOS系统、海德汉TNC 640、OKUMA(大隈)公司和MAZAK(马扎克)第七代数控系统等。2018年推出的30i、31i等系列,能够利用机器学习监控主轴异常;通过伺服调整降低位置误差;利用机器学习生成的学习模型提升机床性能,预测机床故障;还能够进行AI伺服调整和AI热位移补偿,提升加工性能;通过AI主轴监视器对故障进行预测。  在国产智能数控系统方面,华中数控与佳时特、宝鸡机床、富强科技、纽威机床、创世纪机床等主机厂合作,成功进行了智能机床的研制。在CIMT2019率先推出全球首台带AI芯片和众多智能化应用程序的华中9型智能数控系统,通过NC-Link进行互联互通,通过iNC-Cloud进行大数据采集与管理,并开发了包含质量提升、工艺优化、健康保障、生产管理等诸多智能化功能,引起了广泛关注与好评。  (2)互联互通  智能制造的核心技术之一是信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)。CPS利用大数据、物联网、云计算等技术,将物理设备连接到互联网上,实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合,让物理设备具备计算、通信、精确控制、远程协调、自治、数据采集等功能,从而实现智能制造。由此可见,实现智能制造的重要前提之一就是设备的互联互通。目前国际上用于数控机床互联互通的标准主要有MTConnect和OPC UA两个标准。美国机械制造技术协会(AMT)在2006年提出了MTConnect协议,用于机床设备的互联互通。2006年标准国际组织OPC基金会在OPC(OLE Process Control)基础上重新发展了OPCUA工控互联协议。  2016年5月17日,数控行业15家企事业单位、研究机构与高校在武汉成立了数控机床互联通讯协议标准联盟(NC-Link联盟)。NC-Link联盟领导机构为理事会。理事长、副理事长单位分别由中国机床工具工业协会、武汉华中数控股份有限公司承担,理事会秘书长单位由中国机床工具工业协会承担。NC-Link协议在CIMT2019期间设立数控机床互联通讯协议标准(NC-Link)应用展区,展示了协议应用成果。  (3)开放性  随着数控机床的发展,结合应用行业和终端用户的不同需求,数控系统逐步从“封闭式”走向“开放式”。传统数控系统由于采用封闭式架构,用户无法根据自身的行业特点和应用需求,将知识和经验输入到数控系统,不能满足个性化、定制化要求。为满足用户提质增效、互联互通和工艺融合的要求,达到机床厂家、数控厂家和终端用户三方协作创新、合作发展的目标,数控系统必须具备开放式特性,包括:可定制化画面、开放式API、工艺优化以及IEC-61131标准。  2.产业发展趋势  (1)数控系统和机床企业深度融合  机床企业和数控系统企业各有所长。如果机床企业有丰富的用户加工工艺经验,在熟悉和理解用户需求的基础上,在机床机械结构方面进行创新。数控系统企业能为机床企业提供稳定可靠的数控系统平台,提供开放的二次开发接口和HMI定制功能。双方深度融合,协同创新,就一定能开发出实用、有效的智能化功能。在双方的合作中,机床企业所需要的智能控制要求、加工工艺和使用特色要求可方便地融入到数控系统中;机床企业销售智能化的机床,可以进一步强化主机厂的机床品牌,增加用户对主机厂的忠诚度。  例如DMG的数控系统就是DMG公司与西门子、海德汉等数控系统企业联合研制的。  (2)机床结构创新和数控系统技术创新协同发展  在实现数控机床智能化技术应用的过程中,国外机床企业和数控系统企业各有侧重,机床企业偏重于机床整体结构的创新,数控系统企业偏重于数控系统智能化功能的提升,但是这两者相互合作才能实现真正的智能化。例如,OKUMA公司“Thermo-Friendly(热亲和)”的设计理念,强调机床的机械设计应该本着“接受机床环境和加工过程的温度变化”的独特思路,使得用户不必采取特殊措施,便能在普通的工厂实现高精度加工。OKUMA公司的热补偿方案可用于机床启动时、再次加工时、环境温度变化时等条件下。在这个案例中,机床的结构设计如果没有创新,数控系统的智能化功能将无法实现。  (原标题:CIMT2019展品评述 | 从展品看数控系统特点及发展趋势)