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【CCMT2024展品評述】
部分數(shù)控系統(tǒng)及伺服驅動器展品
【編者按】CCMT2024（第十三屆中國數(shù)控機床展覽會）已于4月12日圓滿落幕。展會期間，主辦方中國機床工具工業(yè)協(xié)會有關分會組織人員針對本專業(yè)領域展品進行評述，現(xiàn)編發(fā)部分文章，供業(yè)界參考。文章觀點僅代表作者本人。
第十三屆中國數(shù)控機床展覽會（CCMT2024）以“聚焦——數(shù)字?互聯(lián)?智造”為主題，展示機床工具行業(yè)在數(shù)字化、互聯(lián)互通、智能制造、高效加工方面所取得的最新成果。數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)的國內外知名廠商悉數(shù)到場，展示了最新的技術和產品。數(shù)控系統(tǒng)及配套的伺服驅動產品作為數(shù)控機床核心功能部件，其發(fā)展趨勢被備受矚目。
一、數(shù)控系統(tǒng)
1. 部分展商參展情況
西門子全新的機床數(shù)字化解決方案品牌MACHINUM正式亮相，進一步詮釋了西門子品牌以數(shù)字化之力驅動機床行業(yè)加速邁向可持續(xù)發(fā)展未來的理念。
MACHINUM是西門子面向機床行業(yè)的數(shù)字化解決方案的統(tǒng)稱，包含了針對機床制造商和機床用戶的所有機床數(shù)字化產品，涵蓋了機床設計數(shù)字化、加工工藝數(shù)字化和生產過程數(shù)字化三大場景，可以為企業(yè)提供智能虛擬機床、智能機床加工和智能車間生產相配套的數(shù)字化解決方案。西門子以機床數(shù)字化MACHINUM為主體，繼續(xù)擴大新一代數(shù)字化原生數(shù)控系統(tǒng)ONE的市場影響力。產品一方面通過Top Speed（臻優(yōu)極速）、 Top Surface（臻優(yōu)曲面）功能提升表面加工質量；通過DYNPREC（動態(tài)精度）功能提高加工精度；通過智能負荷控制（ILC）和智能動態(tài)控制（IDC）功能改善機床的動態(tài)性能；通過完善數(shù)字孿生模型，以實現(xiàn)從設計到制造一體化、智能化，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)在曲面造型、配置、編程、測量、高速高精控制的集成，提供覆蓋復雜工件加工的整體解決方案。
新一代“數(shù)字原生”高端數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK ONE是西門子為機床企業(yè)應對未來變革推出的關鍵產品，承接了SINUMERIK 840D sl的全部功能，操作和編程完全兼容，能夠輕松實現(xiàn)切換。在此基礎上，采用全新硬件平臺，具備多種創(chuàng)新功能，具有創(chuàng)建相應數(shù)字孿生的多功能軟件，虛擬與現(xiàn)實能夠無縫交互，適配更多生產加工場景，滿足客戶對精度、效率和質量的更高需求。例如，在模具生產過程中，Top Speed功能通過新型算法的濾波器，能夠顯著提升機床的加工速度，與Top Surface功能協(xié)同工作，可同時保證加工效率及精度。
北京發(fā)那科展示了其在智能加工系統(tǒng)、各大行業(yè)解決方案以及智能制造數(shù)字化產品等方面的最新成果，包括北京發(fā)那科智能加工系統(tǒng)FX FANOVI、各大最新行業(yè)（FANUC功能群、車床、多軸、醫(yī)療、模具、新能源汽車、3C/5G、綠色機床等）解決方案、智能制造DX數(shù)字化產品等，以及Laser Interface Unit 2（LIU2）/FANUC Laser Scanner（LS3Di-A）兩款激光類產品。FANUC最新發(fā)布的數(shù)字孿生系列技術和產品NCguide2、加工面推定、DDMS通過虛實結合的展示方式在展會現(xiàn)場進行了全面呈現(xiàn)。展會期間，北京發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)產品銷量正式突破百萬臺大關，這也從側面展現(xiàn)了其在中國市場耕耘多年后龐大的用戶基礎和深遠的影響力。
FANUC公司繼續(xù)推廣0i-F Plus、31i-MODEL BPlus數(shù)控系統(tǒng)。產品搭載了智能控制技術，可根據(jù)溫度和負載的變化，智能優(yōu)化控制；高效加工技術，縮短循環(huán)時間；表面精細處理技術，實現(xiàn)高品質加工；數(shù)字控制技術和智能伺服技術，具有智能重疊、智能自適應控制、智能主軸加減速、智能熱控制等功能，并具有機器人快速連接（CNC-QSSR）功能。FANUCDIGITAL TWIN功能可根據(jù)伺服與刀具信息進行表面質量推定，減少試切加工時間。
FANUCOi- F Plus是Oi-F系列的繼任，CNC 控制器，具有更新的設計、增強的基本功能和對易用性的追求。這款產品不僅繼承了FANUC一貫的高性能、高可靠性特點，還在智能化、網(wǎng)絡化方面進行了全面升級，能夠更好地滿足用戶對生產效率和產品質量的需求。它配備了最新iHMI，搭載FANUC最新CNC和伺服技術，標配個性化功能，擴展內存容量，在加工性能、運轉效率和易用性等方面都較Oi-F系列有所提升。高效加工技術可實現(xiàn)循環(huán)時間縮短，縮短表面精細處理周期；通過預防維護防止機床突然停機，輕松鎖定故障位置，縮短恢復時間；支持加工現(xiàn)場的FANUC iHMI界面，個性化界面定制開發(fā)，支持豐富的現(xiàn)場網(wǎng)絡。
武漢華中數(shù)控股份有限公司的展位圍繞“AI賦能 五軸引領 復合升級”的主題，展示了智能數(shù)控系統(tǒng)、五軸數(shù)控系統(tǒng)、車銑復合數(shù)控系統(tǒng)等系列化產品，“一腦雙控”機械手自動化產品仿真與虛擬高度場景，以及新3C鉆攻中心產品包、華中數(shù)控機加工機器人自動化解決方案、AI賦能-機床的智能化應用等新技術。
華中9型智能數(shù)控系統(tǒng)以“智能+”為創(chuàng)新理念，提供了機床指令域大數(shù)據(jù)匯聚訪問接口、機床全生命周期“數(shù)字雙胞胎”的數(shù)據(jù)管理接口和大數(shù)據(jù)智能（可視化、大數(shù)據(jù)分析和深度學習）的算法庫，為打造智能機床共創(chuàng)、共享、共用的研發(fā)模式和商業(yè)模式提供開放式的技術平臺與技術支撐，結合大數(shù)據(jù)與人工智能技術打造了"端-邊-云”的智能體系架構形成了集成AI芯片的智能硬件平臺、支持AI算法的智能軟件平臺、構建智能APP生態(tài)的開放平臺。
廣州數(shù)控設備有限公司的主要展品包括GSK27i、GSK988、GSK218、GSK25i、GSK980等系列數(shù)控系統(tǒng)，GT/GM系列伺服驅動，系列化高精伺服電機，直線電機，力矩電機和電主軸電機，以及“數(shù)控神焊”系列焊接機器人等，同時還展示了針對車銑、銑車、車磨等復合加工設備數(shù)控系統(tǒng)的整體解決方案。
GSK 27i是廣州數(shù)控面向多軸多通道復雜加工應用的高端智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)4通道32個進給軸控制、支持5軸聯(lián)動的高精高效加工，支持通道間軸同步控制、混合控制、重疊控制、跨通道正副主軸位置同步和速度同步控制等功能。該系統(tǒng)采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡DNN算法實現(xiàn)機床實時進行碰撞檢測，可在機床主軸碰撞后瞬時急停機床，以減少碰撞損失，保護機床和刀具。智能主軸負載自適應功能可根據(jù)主軸負載大小自動調節(jié)進給倍率，也可以恒功率切削，縮短加工時間，提高加工效率，適用于高端五軸機床、高檔加工中心、車銑復合、磨削、滾齒、磨齒及復雜加工設備的加工場景。
沈陽中科數(shù)控技術股份有限公司此次推出全系列數(shù)控系統(tǒng)產品，包括GJ600型智能數(shù)控系統(tǒng)、GJ400型高檔數(shù)控系統(tǒng)以及GJ300型專用數(shù)控系統(tǒng)等。
GJ600型智能數(shù)控系統(tǒng)搭配數(shù)字化車間智能管控平臺，配套2030雙擺頭龍門五軸加工中心，實現(xiàn)數(shù)字虛擬與現(xiàn)實加工同步驅動、機床功率與負載的多重監(jiān)控及機床故障預測與健康管理，在展會現(xiàn)場完成大型葉輪的加工。系統(tǒng)采用分體式可重構平臺設計，具有智能傳感器網(wǎng)關，支持溫度、振動、RFID等多種傳感器介入和現(xiàn)場設備組網(wǎng)，軟件采用多插補器結構設計，支持4通道控制，聯(lián)動軸數(shù)32個，支持8個主軸和8組同步軸控制，具備精優(yōu)曲面加工、智能誤差補償、內置優(yōu)化與診斷、可配置圖形化工藝庫、刀具智能管理等功能，支持高速、高精度、高表面光潔度加工過程的智能優(yōu)化。系統(tǒng)與五軸龍門加工中心、五軸鏜銑加工中心、復合加工中心、激光微孔冷加工中心等高端數(shù)控機床配套應用，解決航空航天、汽車制造等領域關鍵零部件的數(shù)字化智能化制造需求。
面向數(shù)控機床的數(shù)字化車間智能管控平臺工業(yè)軟件，具有異構多源設備互聯(lián)互通平臺、數(shù)字孿生智能管控平臺、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺、故障預測與健康管理平臺、綠色能耗實時監(jiān)控平臺、視覺識別平臺、MOM生產協(xié)同管理平臺、實時調度與智能排產平臺、云邊協(xié)同服務平臺等功能模塊，實現(xiàn)多種國內外數(shù)控機床設備、熱處理與表面處理設備、鑄造與鍛造設備、工業(yè)機器人與AGV、質量檢測單元、倉儲物流單元等設備的互聯(lián)互通與互操作，廣泛應用于航空航天、汽車制造等行業(yè)的機加、鑄造、熱表處理等工業(yè)母機重點領域數(shù)字化車間建設與智能化升級，顯著實現(xiàn)提質增效。
除了上述企業(yè)之外，三菱、海德漢、新代、華興、維宏、凱恩帝、錸鈉克等也在展會期間分別展示了新產品和新成果。
2. 數(shù)控系統(tǒng)展區(qū)綜合評述
隨著高端數(shù)控機床國產替代加速，五軸聯(lián)動機床產品明顯增多。國內的數(shù)控系統(tǒng)參展廠商均展出了五軸聯(lián)動的數(shù)控產品，并具有數(shù)字孿生功能，如華中的9型系統(tǒng)、中科數(shù)控的GJ600系列、科德數(shù)控的GNC62產品、廣數(shù)的GSK 27i產品等。高性能、數(shù)字化、智能化成為數(shù)控系統(tǒng)產品發(fā)展的普遍趨勢，各個廠商在提升數(shù)控系統(tǒng)產品的五軸加工、復合加工、超精密控制等自身性能的同時，都在加強數(shù)控系統(tǒng)與機器人、自動產線等相關設備設施的聯(lián)動性。數(shù)控機床不再是一個完全孤立的設備，而是通過物聯(lián)網(wǎng)等與其他設備構成一個完整的生產制造環(huán)境，協(xié)調聯(lián)動，以大幅提升加工效率。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控加工“內”“外”環(huán)境連接的橋梁與核心，在自動化產線和數(shù)字化車間創(chuàng)建中起到關鍵作用。近年來，國產數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字化、智能化能力不斷提升，但在加工工藝的覆蓋、運動控制的性能以及可靠性方面與國外產品仍存在差距。在展會現(xiàn)場，高端機床配套的系統(tǒng)中國產系統(tǒng)只是偶露崢嶸，大部分高端機床選用的還是西門子和發(fā)那科系統(tǒng)。
二、伺服驅動展品
1. 部分展商參展情況
畢孚自動化公司（Beckhoff）展出了AX5000數(shù)字式緊湊型、AMP8000分布式以及AX8000多軸伺服系統(tǒng)。其中AX8000多軸伺服系統(tǒng)將功能強大的FPGA技術和ARM多核處理器完美結合在一起。新的多通道電流控制技術能夠實現(xiàn)非常短的采樣和響應時間，電流的設定值偏差可以在1μs內做出響應；8kHz開關頻率下的最短電流控制器周期時間為62.5μs。
三菱公司（Mitsubishi）展出了MELSERVO-JET系列以及MELSERVO-J5系列伺服驅動器。其中MELSERVO-J5伺服驅動器功率范圍覆蓋0.01-7kW，支持EtherCAT以及CC-Link IE TSN通信；支持光網(wǎng)絡SSCNETIII/H通訊；最小指令通訊周期31.25μs；支持26位絕對值編碼器；速度環(huán)響應頻率3.5kHz。
西門子公司（Siemens）展出了SINAMICSS200伺服驅動系統(tǒng)，功率范圍為0.1-7kW；借助快速的電流控制器周期（62.5μs）以及控制器的PROFINET IRT通信來實現(xiàn)響應優(yōu)化；借助高達350%的過載能力來實現(xiàn)功率優(yōu)化；借助21位高分辨率編碼器實現(xiàn)精度優(yōu)化。
紐姆數(shù)控公司（NUM）展出了NUM DrivePro系列伺服驅動器，采用多核ARM多核處理器具有裸機編程和浮點計算功能；支持EtherCAT總線；支持最多4個軸的同步控制；位置環(huán)控制周期50us；支持主軸、伺服、線性、扭矩、同步、異步等類型電機；每個軸最多3個傳感器（2個編碼器+加速度計）。
寧波菲仕公司展出了AxN系列以及AxN-DC系列共直流母線多軸驅動器，其中AxN-DC系列共直流母線多軸驅動器由內部PLC 直接控制，執(zhí)行速度更快；自主開發(fā)的EthPMC內部總線具有硬實時性，在每個同步周期內主站與從站，從站間實現(xiàn)直接的數(shù)據(jù)通信，循環(huán)周期125μs，傳輸延時低于2μs，同步時鐘抖動小于100ns；電流環(huán)采樣循環(huán)周期1μs，速度環(huán)采樣循環(huán)周期125μs，位置環(huán)采樣循環(huán)周期125μs。
上海維宏公司展出了維智A系列（WSDA）以及維智朗驅多軸（WSLM）伺服驅動器。其中維智朗驅多軸（WSLM）伺服驅動器支持PHOENIX通信；支持六軸手輪；支持MECHATROLINK-Ⅱ通信；級聯(lián)擴展，高速485接口，波特率10MBPS；最高支持24位串行絕對式編碼器；通過USB與電腦（IMOTION軟件）連接。
蘇州偉創(chuàng)公司展出了AC300系列、SD500系列以及SD700系列伺服驅動器，其中SD700系列伺服驅動器響應頻率高達3.0kHz，動態(tài)響應更快；23位高精編碼器，速度觀測和負載慣量識別，大幅提高軌跡跟蹤精度，低速加工更平穩(wěn)；支持高速工業(yè)總線EtherCAT、RS-485、CANopen、MECHATROLINK-II、MECHATROLINK-III；支持更多編碼器協(xié)議；支持USB上位機連接方式；增加中頻抑振、魯棒控制；電子凸輪、龍門同步、智能化增益調整等功能。
武漢邁信公司展出了EP3E、EP1C Plus以及EP5高性能伺服驅動器，其中EP5高性能伺服驅動器采用輕薄型外觀設計，顯著減小安裝體積；功率范圍覆蓋0.1-15kW；涵蓋單軸及雙軸產品系列；更加優(yōu)化的模型算法，支持在線慣量識別、自動陷波、機械分析、增益自適應等功能。
浙江德歐公司展出了C8系列以及C12雙軸伺服驅動器，其中C12雙軸伺服驅動器標配硬件電流環(huán)技術；具有多種抑振、調諧模式；支持MECHATROLINK-III、EtherCAT多種總線接口。
廣州數(shù)控公司展出了GR-L以及GT系列多軸一體化伺服驅動器，其中GT系列多軸一體化伺服驅動器的多軸一體化設計使得各個伺服驅動之間可以通過高效的伺服軸間通信協(xié)議實現(xiàn)協(xié)同控制。支持搭載25位編碼器伺服電機，實現(xiàn)更高重復定位精度。
武漢華中數(shù)控公司展出了HSV-120系列模塊化伺服驅動，具有高分辨率絕對式編碼器接口，可以適配復合增量式、正余弦、全數(shù)字絕對式等多種信號類型的編碼器，位置反饋分辨率最高達到29位；支持雙編碼器接口，可以實現(xiàn)全閉環(huán)控制。
北京超同步公司展出的伺服驅動產品主要有D18系列交流伺服驅動器以及MAS多軸伺服驅動器，其中D18系列伺服驅動器支持IM、SPM及IPM伺服電機；總線接口豐富MechatroLink-Ⅲ、EtherCAT、ProfiNET、ModbusTCP；適配多種編碼器，適配編碼器反饋型號（TTL、1Vpp、BiSS-C、EnDat2.2、SSI、Resolver、RS-485）；動態(tài)響應高，速度頻率響應1kHz，具有自抑制振動功能和動態(tài)性能自學習功能。
沈陽中科數(shù)控公司展出了GJS系列、GJS3系列以及全國產伺服驅動器。伺服驅動器搭載高性能32位浮點電機控制專用處理器芯片實現(xiàn)全數(shù)字控制，采用高性能的電機控制算法，具備良好的魯棒性和自適應能力；功率范圍覆蓋0.4-15kW；支持SSB-III、MECHATROLINK-III、EtherCAT及ModBus總線通訊協(xié)議；支持多種控制模式之間實時平滑切換；支持增量式光電編碼器、17位/23位絕對值編碼器；支持增量式、BiSS及絕對值光柵尺進行全閉環(huán)控制；通過USB與電腦（ServoSmart軟件）連接，支持內部位置規(guī)劃控制方式，可根據(jù)客戶的實際需求進行定制化開發(fā)。中科數(shù)控的系列伺服驅動器廣泛應用于數(shù)控機床、印刷機械、包裝機械、造紙機械、塑料機械、紡織機械、木工機械、工業(yè)機器人和自動化生產線等領域。
全國產伺服驅動器采用自主可控的技術方案，100%國產電子元器件，實現(xiàn)了進口產品的國產替代，解決了國產伺服驅動器對進口電子元器件的依賴；可靠的元器件采購渠道，嚴格的生產管理控制，全面的測試設備確保了產品的品質，并以優(yōu)異的可靠性、精準的控制以及快速的響應，為用戶提供高性能的保障。
2. 伺服驅動產品綜合評述
從上述各個企業(yè)展出的伺服驅動產品來看，目前伺服驅動器的技術發(fā)展趨勢有以下幾個特點：
智能化、網(wǎng)絡化。伺服控制技術正在向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。伺服驅動器具備自身故障診斷和分析的功能，有的伺服驅動甚至還具備了識別參數(shù)的性能，還能在發(fā)現(xiàn)振動的時候自動對其進行抑制，這些都是伺服驅動器在智能化方面的發(fā)展趨勢。隨著網(wǎng)絡化的大幅度推廣，在控制器和伺服驅動器之間通過網(wǎng)絡通訊進行數(shù)據(jù)通信，并且支持多種網(wǎng)絡通訊協(xié)議（如EtherCAT、RS-485、CANopen、MECHATROLINK-II、MECHATROLINK-III），使控制器和驅動器之間數(shù)據(jù)傳輸在速度和可靠性方面大大的提高。通過網(wǎng)絡傳輸運動控制指令和同步信息，使得控制系統(tǒng)靈活性增強，同時也提供了精確的多軸同步功能。
模塊化、小型化。伺服驅動產品設計成更小的體積和安裝尺寸，幫助用戶在有限的時間和空間范圍內進一步提升其運動控制的自動化水平并降低總的應用成本。單臺驅動器輕薄的尺寸和多臺驅動器可并排、等高、無縫安裝的外形設計，讓伺服驅動組件在電氣柜內的布局更加整齊、緊湊。更小的體積，可以使用戶在單位空間內放置更多運動控制部件，這是提升設備自動化，完成更多精細動作的基礎。如紐姆數(shù)控公司的NUM DrivePro系列伺服驅動器，武漢華中數(shù)控的HSV-120系列模塊化伺服驅動器。
多軸一體化。從運動控制的角度出發(fā)，多軸伺服是當前的重要趨勢，即單個驅動器可以處理多個軸上的運動。多軸一體化設計，結構更緊湊，安裝更方便。大量伺服驅動器在柜內集中安裝帶來的首要問題就是設備的空間占用。采用多軸一體化伺服驅動器，可以減少系統(tǒng)器件的數(shù)量，電氣柜尺寸大大減小，從而能夠節(jié)約安裝空間，降低系統(tǒng)成本。與市場同類產品相比，整機尺寸大大減小，節(jié)能低耗，更省電。如畢孚自動化公司的AX8000系列伺服系統(tǒng)，廣州數(shù)控公司的GT系列伺服驅動器，北京超同步公司的MAS多軸伺服驅動器，浙江德歐的C12雙軸伺服驅動器，上海維宏的維智朗驅多軸（WSLM)伺服驅動器。
驅動一體化。驅動一體化即是將伺服驅動器和伺服電機整合在一起的集成一體化產品，電機、反饋、控制、驅動、通訊的縱向一體化成為當前小功率伺服系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。如畢孚自動化公司的AMP8000系列伺服驅動系統(tǒng)。
來源：協(xié)會數(shù)控系統(tǒng)分會（沈陽中科 郭富昌） 責編：蘭海俠
