運(yùn)動控制器在機(jī)床行業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用

張 靜

（三菱電機(jī)自動化（中國）有限公司，上海 200336）

1 機(jī)床行業(yè)的現(xiàn)狀和前景

近30年來，隨著改革開放的逐步深入，中國的經(jīng)濟(jì)得到了很大的發(fā)展。國外的很多新技術(shù)新產(chǎn)品不斷沖擊著中國國內(nèi)的市場，導(dǎo)致了制造業(yè)加工業(yè)迅猛發(fā)展，這給機(jī)床行業(yè)的拓展和進(jìn)步帶來了巨大的契機(jī)。

中國的機(jī)床行業(yè)從以往的以小型機(jī)床為主體的大量制造，到現(xiàn)在大中型機(jī)床，成套成線產(chǎn)品的比重逐步增大。并且，隨著加工工藝的不斷改進(jìn)，對于加工精度加工速度的要求也越來越高。

目前全國機(jī)床行業(yè)的生產(chǎn)廠家有上萬家，其中大多是以生產(chǎn)中低端粗加工為主的企業(yè)。但是，近年來由于材料和能源價格的飛漲，國家所采取的貨幣緊縮政策等因素，都將導(dǎo)致下游行業(yè)的增速減慢，利潤減少。而有高附加值的產(chǎn)品增速則繼續(xù)保持增產(chǎn)，利潤大幅增加，未來行業(yè)的競爭將不可避免的將朝高端市場轉(zhuǎn)移。所以，越來越多的企業(yè)已經(jīng)開始意識到，中國的機(jī)床行業(yè)，在固守低端領(lǐng)域的同時，更應(yīng)在高端產(chǎn)品的開發(fā)及制造方面拓展，而不是更多得依靠進(jìn)口設(shè)備。

機(jī)床行業(yè)根據(jù)不同的設(shè)備，使用的電氣產(chǎn)品非常地廣泛，從單片機(jī)、PLC、定位模塊、數(shù)控系統(tǒng)到運(yùn)動控制系統(tǒng)等都有涉及，更有廠家自主研發(fā)的電氣設(shè)備。一些高端應(yīng)用領(lǐng)域，如高精度的磨床，旋轉(zhuǎn)刀庫，伺服沖壓送料機(jī)，自動化專機(jī)流水線等，對于控制和工藝都有一些特殊的需求，這些都不是普通的脈沖發(fā)生產(chǎn)品或者定位產(chǎn)品可以簡單對應(yīng)的，正越來越多的使用運(yùn)動控制產(chǎn)品。

2 三菱運(yùn)動控制和伺服產(chǎn)品簡介

三菱在運(yùn)動控制和伺服驅(qū)動方面具有豐富的產(chǎn)品線，可以對應(yīng)各種類型的機(jī)床設(shè)備。

在運(yùn)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(yīng)方法。并且，三菱的運(yùn)動控制器通過不同的操作系統(tǒng)軟件，可支持不同的機(jī)床行業(yè)應(yīng)用。如 SV13的操作系統(tǒng)，以專用的SFC的編程語言，多應(yīng)用于高精度的磨床設(shè)備進(jìn)行插補(bǔ)的動作，而SV22的操作系統(tǒng)，以機(jī)械支持語言，則廣泛應(yīng)用于多軸高速高精度同步控制的機(jī)床設(shè)備中。

在伺服產(chǎn)品方面，具有各種慣量等級，滿足各種設(shè)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(chǎn)品。對于110kW以上的需求，也有各種對應(yīng)方式來實(shí)現(xiàn)控制。

3 三菱產(chǎn)品在機(jī)床行業(yè)中的應(yīng)用以及特點(diǎn)

下面我們就以2個客戶案例，來介紹三菱運(yùn)動控制產(chǎn)品在機(jī)床行業(yè)中應(yīng)用。

1）高性能伺服沖壓及送料系統(tǒng)

前面已經(jīng)說過，今后的機(jī)床行業(yè)將朝著高端的市場轉(zhuǎn)移，那么對機(jī)床的復(fù)合化智能化提出了更高的要求，以普通的沖壓設(shè)備為例，以往設(shè)備是將沖壓好的工件由人工操作拿取，隨著現(xiàn)在國內(nèi)人力成本的不斷上升，由機(jī)器替代人工操作將是一個必然的趨勢，那么高性能的沖壓機(jī)床將會由自動送料取料系統(tǒng)取代人的操作。那么沖壓設(shè)備如何根據(jù)不同的工件運(yùn)行不同的沖壓曲線，送料系統(tǒng)如何和沖壓系統(tǒng)相配合，如何保證模具的安全性等將是高端沖壓設(shè)備所需要考慮的，無疑使用運(yùn)動控制器是最優(yōu)選的方案，它要求運(yùn)動控制器產(chǎn)品能根據(jù)不同的工件加工要求來變化沖壓曲線，送料設(shè)備與沖壓設(shè)備的同步控制。

動作概要如下：

該系統(tǒng)由伺服沖壓機(jī)和配套的送料機(jī)所構(gòu)成，沖壓機(jī)在沖壓完成的同時，送料系統(tǒng)進(jìn)行送料的動作，在沖壓頭非工作的區(qū)域，完成送料，并且送料系統(tǒng)回到初始位置，等待沖壓機(jī)再次進(jìn)行沖壓，依次循環(huán)，此系統(tǒng)要求送料系統(tǒng)動作和沖壓機(jī)的動作能相互配合，進(jìn)行同步的控制。該設(shè)備需要沖壓軸一個，傳送軸六個。

該系統(tǒng)的伺服沖壓機(jī)與送料機(jī)都是由三菱的運(yùn)動控制器QD系列MOTION來進(jìn)行控制，系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

由于該設(shè)備使用了三菱的最新的 Q170M 型運(yùn)動控制器產(chǎn)品，最多可控16根軸，所以如果今后需要控制更多的沖壓機(jī)的話，只需要相應(yīng)增加伺服產(chǎn)品既可，控制產(chǎn)品無需增加。另外，該運(yùn)動控制產(chǎn)品內(nèi)置電源，PLCCPU和運(yùn)動控制CPU，節(jié)約了客戶的一部分成本。同時，它基于IQ Platform的高速通信基板，實(shí)現(xiàn)無縫的鏈接通信，運(yùn)動控制器與伺服放大器之間采用了三菱自主開發(fā)的 SSCNETⅢ伺服總線網(wǎng)絡(luò)，使各軸的時鐘頻率達(dá)到一致，保證了所有的軸在同一時刻接受到同一指令并開始動作。這些特性對于這種同步要求很高的設(shè)備來說，是非常必要的功能。另外，該運(yùn)動控制器使用光纖總線連接，網(wǎng)絡(luò)通信速度更達(dá)到了50Mbit/s不但提高了抗干擾能力，減少了現(xiàn)場布線操作的錯誤率，還能實(shí)現(xiàn)海量控制數(shù)據(jù)的高速傳輸。

通過一臺運(yùn)動控制器可同時控制伺服沖壓機(jī)和送料機(jī)構(gòu)的動作。使用三菱特有的機(jī)械結(jié)構(gòu)程序，簡單地編寫程序就可以將沖壓頭的動作和送料的各軸完美的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)同步控制的要求。通過調(diào)整圖2中主軸的運(yùn)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。

圖2

同時，客戶可通過運(yùn)動控制器，根據(jù)實(shí)際沖壓工件，選擇適合的沖壓曲線，減小了沖壓過程中對模具的損耗，延長了模具的壽命。如果客戶有多臺沖壓設(shè)備的話，更可通過一臺運(yùn)動控制器（最多32軸）控制多個壓力機(jī)的動作，對于客戶而言更節(jié)約了電氣上的成本。

2）高精度內(nèi)研磨機(jī)

高精度內(nèi)研磨機(jī)工藝如圖3所示。

圖3

內(nèi)研磨機(jī)用于加工軸承內(nèi)壁。在加工時主要使用兩軸插補(bǔ)運(yùn)動。其中X軸在徑向方向上做恒速運(yùn)動，加工時最低速度為0.2μm/s。Z軸負(fù)責(zé)磨輪的往復(fù)運(yùn)動，其總行程為410mm，最高頻率為520次每分鐘。

該系統(tǒng)使用了QD系列運(yùn)動控制器以及與其相對應(yīng)的MR-J3-B系列伺服。該系列伺服電機(jī)的分辨率達(dá)到了262144p/r，高分辨率的電機(jī)滿足了對機(jī)床的高精度的定位要求。除此之外，該伺服先進(jìn)的自動震動抑制功能，能自動抑制加工過程中所產(chǎn)生的震動，減少了加工的誤差，并且減少了現(xiàn)場手動調(diào)整的操作，方便了編程人員的調(diào)試。電機(jī)的尺寸更比原來減少了23%，大大減小了機(jī)械設(shè)備的安裝尺寸。最后，由于所有的參數(shù)都是由運(yùn)動控制器來管理的，所以一旦出現(xiàn)伺服產(chǎn)品的損壞的話，只需要更換相應(yīng)的伺服產(chǎn)品，而無需其他任何參數(shù)和程序的變更。

該設(shè)備由于使用三菱的Q172H運(yùn)動控制器和J3-B系列的伺服控制，可以實(shí)現(xiàn)高精度地磨修砂輪，以實(shí)現(xiàn)磨削工件的更高精度。

4 結(jié)論

在特種機(jī)床和專機(jī)越來越多的今天，三菱的運(yùn)動控制和伺服產(chǎn)品在機(jī)床行業(yè)中嶄露頭角，更多的體現(xiàn)出其在同步高速高精度方面的優(yōu)勢。三菱產(chǎn)品將與中國的制造業(yè)和加工業(yè)一起發(fā)展，共同打造更美好的明天。