运动控制器在机床行业的发展及应用

       机床行业根据不同的设备，使用的电气产品非常地广泛，从单片机，PLC，定位模块，数控系统到运动控制系统等都有涉及，更有厂家自主研发的电气设备。三菱在运动控制和伺服驱动方面具有丰富的产品线，可以对应各种类型的机床设备。

 

         1．机床行业的现状和前景

         近30年来，随着改革开放的逐步深入，中国的经济得到了很大的发展。国外的很多新技术新产品不断冲击着中国国内的市场，导致了制造业加工业迅猛发展，这给机床行业的拓展和进步带来了巨大的契机。
         中国的机床行业从以往的以小型机床为主体的大量制造，到现在大中型机床，成套成线产品的比重逐步增大。并且，随着加工工艺的不断改进，对于加工精度加工速度的要求也越来越高。
         目前全国机床行业的生产厂家有上万家，其中大多是以生产中低端粗加工为主的企业。但是，近年来由于材料和能源价格的飞涨，国家所采取的货币紧缩政策等因素，都将导致下游行业的增速减慢，利润减少。而有高附加值的产品增速则继续保持增产，利润大幅增加，未来行业的竞争将不可避免的将朝高端市场转移。所以，越来越多的企业已经开始意识到，中国的机床行业，在固守低端领域的同时，更应在高端产品的开发及制造方面拓展，而不是更多得依靠进口设备。
         机床行业根据不同的设备，使用的电气产品非常地广泛，从单片机，PLC，定位模块，数控系统到运动控制系统等都有涉及，更有厂家自主研发的电气设备。一些高端应用领域，如高精度的磨床，旋转刀库，伺服冲压送料机，自动化专机流水线等，对于控制和工艺都有一些特殊的需求，这些都不是普通的脉冲发生产品或者定位产品可以简单对应的，正越来越多的使用运动控制产品。

         2．三菱运动控制和伺服产品简介

         三菱在运动控制和伺服驱动方面具有丰富的产品线，可以对应各种类型的机床设备。在运动控制器方面，从8轴同步控制到32轴同步控制，直到1280轴同步控制都有对应方法。并且，三菱的运动控制器通过不同的操作系统软件，可支持不同的机床行业应用。如SV13的操作系统，以专用的SFC的编程语言，多应用于高精度的磨床设备进行插补的动作，而SV22的操作系统，以机械支持语言，则广泛应用于多轴高速高精度同步控制的机床设备中。
         在伺服产品方面，具有各种惯量等级，满足各种设备的定位控制要求，而且从功率上来说，小到50W，大到110kW都有成熟产品。对于110kW以上的需求，也有各种对应方式来实现控制。

         3．三菱产品在机床行业中的应用以及特点

         下面我们就以2个客户案例，来介绍三菱运动控制产品在机床行业中应用。

          ①．高性能伺服冲压及送料系统

         前面已经说过，今后的机床行业将朝着高端的市场转移，那么对机床的复合化智能化提出了更高的要求，以普通的冲压设备为例，以往设备是将冲压好的工件由人工操作拿取，随着现在国内人力成本的不断上升，由机器替代人工操作将是一个必然的趋势，那么高性能的冲压机床将会由自动送料取料系统取代人的操作。那么冲压设备如何根据不同的工件运行不同的冲压曲线，送料系统如何和冲压系统相配合，如何保证模具的安全性等将是高端冲压设备所需要考虑的，无疑使用运动控制器是最优选的方案，它要求运动控制器产品能根据不同的工件加工要求来变化冲压曲线，送料设备与冲压设备的同步控制。
         动作概要如下：
         该系统由伺服冲压机和配套的送料机所构成，冲压机在冲压完成的同时，送料系统进行送料的动作，在冲压头非工作的区域，完成送料，并且送料系统回到初始位置，等待冲压机再次进行冲压，依次循环，此系统要求送料系统动作和冲压机的动作能相互配合，进行同步的控制。该设备需要冲压轴一个，传送轴六个。
         该系统的伺服冲压机与送料机都是由三菱的运动控制器QD系列MOTION来进行控制，系统配置结构如下：

        

         由于该设备使用了三菱的最新的Q170M型运动控制器产品，最多可控16根轴，所以如果今后需要控制更多的冲压机的话，只需要相应增加伺服产品既可，控制产品无需增加。另外，该运动控制产品内置电源，PLCCPU 和运动控制CPU，节约了客户的一部分成本。同时，它基于IQ Platform的高速通信基板，实现无缝的链接通信，运动控制器与伺服放大器之间采用了三菱自主开发的SSCNETⅢ伺服总线网络，使各轴的时钟频率达到一致，保证了所有的轴在同一时刻接受到同一指令并开始动作。这些特性对于这种同步要求很高的设备来说，是非常必要的功能。另外，该运动控制器使用光纤总线连接，网络通讯速度更达到了50Mbps，不但提高了抗干扰能力，减少了现场布线操作的错误率，还能实现海量控制数据的高速传输。
         通过一台运动控制器可同时控制伺服冲压机和送料机构的动作。使用三菱特有的机械结构程序，简单地编写程序就可以将冲压头的动作和送料的各轴完美的结合在一起，实现同步控制的要求。通过调整下图中主轴的运行，就可以简单的控制所有的轴按照固定的时序完成各自的动作。 

         同时，客户可通过运动控制器，根据实际冲压工件，选择适合的冲压曲线，减小了冲压过程中对模具的损耗，延长了模具的寿命。如果客户有多台冲压设备的话，更可通过一台运动控制器（最多32轴）控制多个压力机的动作，对于客户而言更节约了电气上的成本。

         ②．高精度内研磨机

         高精度内研磨机工艺如下图：

         

         内研磨机用于加工轴承内壁。在加工时主要使用两轴插补运动。其中X轴在径向方向上做恒速运动，加工时最低速度为0.2μm/s。Z轴负责磨轮的往复运动，其总行程为410mm，最高频率为520次每分钟。
         该系统使用了QD系列运动控制器以及与其相对应的MR-J3-B系列伺服。该系列伺服电机的分辨率达到了262144p/r，高分辨率的电机满足了对机床的高精度的定位要求。除此之外，该伺服先进的自动震动抑制功能，能自动抑制加工过程中所产生的震动，减少了加工的误差，并且减少了现场手动调整的操作，方便了编程人员的调试。电机的尺寸更比原来减少了23%，大大减小了机械设备的安装尺寸。最后，由于所有的参数都是由运动控制器来管理的，所以一旦出现伺服产品的损坏的话，只需要更换相应的伺服产品，而无需其他任何参数和程序的变更。
         该设备由于使用三菱的Q172H运动控制器和J3-B系列的伺服控制，可以实现高精度地磨修砂轮，以实现磨削工件的更高精度。

         4．总结

        在特种机床和专机越来越多的今天，三菱的运动控制和伺服产品在机床行业中崭露头角，更多的体现出其在同步高速高精度方面的优势。三菱产品将与中国的制造业和加工业一起发展，共同打造更美好的明天。