從2024中國數控機床展看數控系統發(fā)展
2024-06-18 悉恩悉機床網(wǎng)

  第十三屆中國數控機床展覽會(huì )(CCMT2024)于2024年4月8日~日在上海新國際博覽中心舉行。CCMT2024以“聚焦——數字?互聯(lián)?智造”為主題,展示機床工具行業(yè)在數字化、互聯(lián)互通、智能制造、高效加工方面所取得的最新成果,也體現了全球機床工具行業(yè)正以更堅定的步伐、更清晰的方向,邁向更加廣闊的未來(lái)。

  數控系統行業(yè)是技術(shù)含量較高、技術(shù)發(fā)展較快的行業(yè),為了促進(jìn)行業(yè)整體發(fā)展,做好技術(shù)交流工作很有必要。機床工具協(xié)會(huì )數控系統分會(huì )組織會(huì )員企業(yè)起草展品評述,對本行業(yè)參展展品的技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展現狀與國外的差距等進(jìn)行分析,提出行業(yè)發(fā)展建議。

  一、數控系統部分主要展品

  此次展會(huì )上,展出數控系統的國外企業(yè)主要有西門(mén)子、發(fā)那科、三菱電機、海德漢、馬扎克等,國內數控企業(yè)主要有華中數控、廣州數控、科德數控、沈陽(yáng)中科等,由于篇幅原因,只做簡(jiǎn)要介紹。

  西門(mén)子以“數字驅動(dòng),成就可持續發(fā)展未來(lái)”為主題,全面展示西門(mén)子數控系統產(chǎn)品及數字化解決方案,包括新一代“數字原生”高端數控系統SINUMERIK ONE、中端數控系統SINUMERIK 828和標準型數控系統SINUMERIK 808。發(fā)那科展出了最新的FANUC CNC—FANUC i0-F Plus STEP2系統、智能加工系統FX FANOVI、以及針對新興行業(yè)的FANUC功能群(車(chē)床、多軸、醫療、模具、新能源汽車(chē)、3C/5G、綠色機床等)解決方案。海德漢展出了TNC7數控系統,這款數控系統新的18版軟件提供多項增強功能,例如DCM碰撞監測、OCM擺線(xiàn)銑削和MAS 六自由度圖形輔助設置功能,進(jìn)一步提高過(guò)程可靠性和用戶(hù)友好性。三菱電機主要推出和介紹了新款M800V/M80V數控裝置,在原有M800/M80基礎上進(jìn)行軟硬件升級,在功能應用中增加了NC Machine Tool Optimizer、切削負載控制、二維碼(QR碼)加工循環(huán)、3D 加工模擬等技術(shù)。馬扎克展示了其Smooth系列的新款數控系統MAZATROL Smooth Ai,該CNC裝置搭載了AI生產(chǎn)效率提升技術(shù)、先進(jìn)數字模擬功能、數字孿生技術(shù)以及先進(jìn)自動(dòng)化適應能力。

  華中數控以“AI賦能 五軸引領(lǐng) 復合升級”為參展主題,攜“華中9型智能數控系統、華中8型高檔五軸數控系統、華中8型車(chē)銑復合數控系統”等展品亮相。華中9型領(lǐng)航智能數控系統,集成了AI芯片,融合AI算法,匯聚大數據,融合大模型,集成強算力,為構建智能化生態(tài)提供技術(shù)支撐。華中8型高端五軸數控系統產(chǎn)品包由“硬成套”和“軟成套”兩部分組成。系統突破曲面超勻順插補、進(jìn)給速度自適應、RTCP參數快速自動(dòng)標定、五軸空間誤差補償、動(dòng)態(tài)防碰撞等技術(shù),使得五軸加工精度和加工效率比肩國際先進(jìn)水平。


華中9型智能數控系統


華中8型高端五軸數控系統

  科德數控推出的GNC62數控系統經(jīng)過(guò)多次迭代和優(yōu)化,技術(shù)指標和性能達到了國際先進(jìn)水平,展示了科德數控在高端數控系統領(lǐng)域的實(shí)力和對國內外市場(chǎng)需求的響應能力。GNC62數控系統主要技術(shù)亮點(diǎn):多種高速高精優(yōu)化策略提高加工質(zhì)量;支持所有標準RTCP結構機型并進(jìn)行了特種結構機型擴展;開(kāi)放式平臺支持用戶(hù)工藝定制開(kāi)發(fā);智能優(yōu)化工具包提質(zhì)增效;最新CNC和伺服技術(shù)實(shí)現納米級的指令和控制;實(shí)時(shí)物理量數據到加工軌跡映射;高分辨率扭矩監測系統;綠色節能;GMS高速高功率主軸電機系列;CAM-CNC協(xié)同部署。


GNC62數控系統


  廣州數控展出了GSK 27i高端多通道數控系統,GSK 27i是面向多軸多通道復雜加工應用的高端智能化數控系統,GSK27i數控系統產(chǎn)品功能性能上對標歐洲高端數控系統產(chǎn)品,以進(jìn)口替代和產(chǎn)業(yè)升級為目標市場(chǎng),適用于高端五軸機床、高檔加工中心、車(chē)銑復合、磨削、滾齒、磨齒及復雜加工設備的加工場(chǎng)景。


GSK27i高檔數控系統

  沈陽(yáng)中科數控此次推出全系列數控系統產(chǎn)品,包括高檔型、標準型及專(zhuān)用型產(chǎn)品。GJ610支持多種類(lèi)型的五軸機床結構,適合發(fā)動(dòng)機機匣、葉片、模具等空間復雜曲面零件的加工,具備支持第三旋轉軸參與和支持多軸耦合的RTCP控制、傾斜面加工、五軸手動(dòng)進(jìn)給、支持遠程示教的空間圓弧插補等高檔功能,同時(shí)具備進(jìn)給軸換向沖擊抑制、切削負載突變下進(jìn)給率自適應、同步消隙等智能化控制技術(shù),滿(mǎn)足客戶(hù)對各種高檔機床的配套需求。



  本次展會(huì )上,蘇州新代、北京凱恩帝、南京華興、上海維宏、浙江德歐、天津泰森數控、上海錸鈉克、成都廣泰、南京達風(fēng)等國產(chǎn)數控企業(yè)悉數亮相,由于篇幅有限,只做簡(jiǎn)單描述。

  蘇州新代推出了22MA PLUS加工中心控制器、22TB PLUS車(chē)床控制器、7TA控制器、盤(pán)式電機等最新特色產(chǎn)品,并提供了自動(dòng)量刀專(zhuān)用畫(huà)面、伺服尾座專(zhuān)用畫(huà)面、DTRQ防碰撞,新代車(chē)銑復合CAD/CAM等特色功能和方案。華興數控展出了多款數控系統、伺服驅動(dòng)、主軸驅動(dòng)以及配套電機,其中包含最新研發(fā)的多軸多通道數控系統、多款總線(xiàn)式數控系統以及4kW/7.5kW/9kW/11kW的SDV系列主軸伺服驅動(dòng)單元,主要技術(shù)優(yōu)勢是智能化程度高、穩定性強、適應性強、易于操作、數據精確等。上海維宏推出了FE30M數控系統,該系統基于維宏數控系統核心平臺Phoenix 開(kāi)發(fā),為中國設備加工用戶(hù)量身定制,各項性能全面對標國外高端產(chǎn)品,是一款更貼合本土用戶(hù)實(shí)際需求的高端數控系統。上海錸鈉克本次參展的數控系統支持多種解決方案:隨動(dòng)磨、五軸聯(lián)動(dòng)、高精高速絲杠直驅運動(dòng)控制、精密周邊磨應用、鉆攻加工中心等解決方案,其中主要亮點(diǎn)為:基于PWM傳輸的驅控一體式伺服控制器、基于高性能開(kāi)關(guān)器件的伺服放大器、高性能直驅技術(shù)。

  二、國產(chǎn)機床配套數控系統統計情況

  本次展會(huì )期間,數控系統分會(huì )秘書(shū)處組織對參展機床企業(yè)進(jìn)行了數據統計,重點(diǎn)收集了E1、E3、E4、E5、E7、N1、N3、N4、N5、W1、W2等國內數控機床企業(yè)集中的展館。經(jīng)過(guò)統計,此次參展的國產(chǎn)數控金切機床總計1006臺,按機型分,其中車(chē)床263臺、車(chē)銑復合120臺、加工中心239臺、五軸175臺、磨床131臺、齒輪機床62臺、其他機型17臺。按數控系統廠(chǎng)家分,其中,國外數控系統主要包括發(fā)那科(296臺)、西門(mén)子(172臺)、三菱(47臺)、海德漢(13臺)、發(fā)格(11臺)、其他(NUM、力士樂(lè )等國外品牌21臺),統計配套約560余臺套,占比約55%。國產(chǎn)數控系統主要包括華中數控(136臺)、廣州數控(73臺)、新代數控(102臺)、凱恩帝數控(21臺)、科德數控(10臺)等,總計配套約446余臺,占比約45%。

  相比CIMT2023的統計數據(國外系統占比約2/3,國產(chǎn)系統占比1/3),此次展會(huì )國產(chǎn)數控系統配套比率提升明顯,尤其是五軸機床等高端機床配置國產(chǎn)系統占比越來(lái)越高。例如,此次參展的國產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數控機床共175臺,其中配套華中五軸聯(lián)動(dòng)數控系統38臺,占比22%,排第二名,僅次于西門(mén)子數控系統,綜合說(shuō)明國產(chǎn)系統替代趨勢越來(lái)越明顯。

  三、國內外企業(yè)典型產(chǎn)品的技術(shù)水平對比分析

  1. 技術(shù)對比

 ?。?)數字化技術(shù)

  以西門(mén)子、海德漢、發(fā)那科為代表的高檔數控系統,采用高性能的CPU處理器、高分辨率的插補指令、高頻的精插補指令、先進(jìn)的多軸協(xié)同控制體系架構、高性能的伺服控制算法、千兆的光纖現場(chǎng)總線(xiàn)、高分辨率位置檢測裝置和高過(guò)載倍數與低齒槽脈動(dòng)的電機,整個(gè)控制系統的每個(gè)部件都做到極致性能,相較于國內數控系統的控制精度和效率,具有較大優(yōu)勢。在虛擬設計、虛擬仿真、虛擬調試等數字孿生領(lǐng)域,西門(mén)子數控系統走在了世界前列,世界上其他的數控系統企業(yè)也都在跟進(jìn)研發(fā)。

 ?。?)網(wǎng)絡(luò )化技術(shù)

  網(wǎng)絡(luò )化技術(shù)既是實(shí)現高性能控制的使能技術(shù),又是打破信息孤島、實(shí)現大數據匯聚的關(guān)鍵技術(shù)。一方面是高性能的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù),目前機床行業(yè)的現場(chǎng)總線(xiàn)五花八門(mén),并未統一,例如倍福的EtherCAT、安川的MIII、西門(mén)子的PN和DQ、華中數控的NCUC等等,盡管EtherCAT使用廣泛,但是國產(chǎn)總線(xiàn)技術(shù)還是有很大的發(fā)展空間;另一方面是車(chē)間網(wǎng)絡(luò )技術(shù),包括OPC UA、MTConnect、Umati、NC-Link等,OPC UA目前還是主流,NC-Link作為我國主推的車(chē)間網(wǎng)絡(luò )技術(shù),在生態(tài)構建上將后來(lái)居上。

 ?。?)智能化技術(shù)

  從展會(huì )來(lái)看,真正使用人工智能技術(shù)推出智能化應用的企業(yè)較少,比如華中數控推出基于大模型的故障診斷技術(shù)、發(fā)那科推出基于A(yíng)I的輪廓控制、西門(mén)子推出的基于人工智能的優(yōu)化功能Optimize My Machining/Magazine,在這方面,國產(chǎn)數控系統與國際數控系統基本相當,并且在大模型應用這個(gè)領(lǐng)域局部領(lǐng)先。在常規的智能化功能方面,西門(mén)子強化邊緣端作為智能化功能的載體,也實(shí)現了APP的商業(yè)化,大隈、馬扎克、華中數控等企業(yè),也都在自適應控制、刀具狀態(tài)監測、熱誤差補償、健康保障等方面推出智能化功能,國際與國內的數控系統在這些功能上相當。

  2.總體技術(shù)分析

  國際先進(jìn)數控系統廠(chǎng)商,如西門(mén)子、發(fā)那科、海德漢,基本達到了性能和品質(zhì)的最高水平,其展示重點(diǎn)從產(chǎn)品性能展示向有助于易用性的數字孿生、智能化方向發(fā)展;國內數控系統廠(chǎng)商,如華中數控、廣州數控、維宏、科德、凱恩帝,其展示重點(diǎn)主要集中在性能提升層面。這體現出了國際先進(jìn)數控系統廠(chǎng)商與國內數控系統廠(chǎng)商的差異,進(jìn)一步說(shuō)明兩個(gè)問(wèn)題:國內數控系統廠(chǎng)商主要還在數字化性能上對標追趕的階段;同時(shí),當前國際先進(jìn)數控系統廠(chǎng)商的水平發(fā)展到達了數字化階段的瓶頸,這也給國內數控系統廠(chǎng)商對標追趕提供了絕佳的時(shí)間窗口。在對標追趕的同時(shí),我們更需要利用人工智能的最新技術(shù)實(shí)現創(chuàng )新超越,推動(dòng)人工智能賦能新型工業(yè)化,如華中數控利用大模型開(kāi)展故障診斷、代碼生成等智能化應用。

  四、從機床展看數控系統發(fā)展趨勢

  1.數控系統開(kāi)放性越來(lái)越普及

  隨著(zhù)數控技術(shù)的快速發(fā)展,數控系統正由專(zhuān)用型封閉式系統向靈活的開(kāi)放式數控系統轉變。開(kāi)放式數控系統是制造技術(shù)領(lǐng)域的革命性飛躍,其硬件、軟件和總線(xiàn)規范都是對外開(kāi)放的,由于有充足的軟、硬件資源可被利用,系統軟硬件可隨著(zhù)PC技術(shù)的發(fā)展而升級,不僅使數控系統制造商和用戶(hù)進(jìn)行的系統集成得到有力的支持,而且針對用戶(hù)的二次開(kāi)發(fā)也帶來(lái)方便,促進(jìn)了數控系統多檔次、多品種的開(kāi)發(fā)和廣泛應用,既可通過(guò)升檔或裁剪構成各種檔次的數控系統,又可通過(guò)擴展構成不同類(lèi)型數控機床的數控系統,開(kāi)發(fā)周期大大縮短。

  西門(mén)子、發(fā)那科、華中數控等企業(yè)都提供開(kāi)發(fā)式的數控系統技術(shù)平臺供用戶(hù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),比如華中9型數控系統作為深度開(kāi)放平臺,為機床廠(chǎng)家、行業(yè)用戶(hù)及科研機構進(jìn)行智能化研究和應用提供了集成開(kāi)發(fā)平臺,分類(lèi)APP自主集成,形成一系列自主開(kāi)發(fā)的APP,應用于許多高檔數控機床。

  2.AI人工智能大模型賦能數控系統

  通過(guò)多年的發(fā)展,傳統數控系統解決了很多確定性較強的任務(wù),難以解決的問(wèn)題通常是不確定性很強的任務(wù),而人工智能(大數據智能、大模型等)的方法,則可以通過(guò)關(guān)聯(lián)關(guān)系建模減少任務(wù)的不確定性,為當前難以解決的問(wèn)題提供新的思路和方法。同時(shí),人工智能的方法還具有自我學(xué)習的特點(diǎn),對數控感知、決策和控制過(guò)程中采集的問(wèn)題,進(jìn)行自我學(xué)習,使得控制系統不斷進(jìn)化,以適應質(zhì)量提升、工藝優(yōu)化、健康保障和生產(chǎn)管理等場(chǎng)景中的實(shí)際任務(wù)需求。因此,人工智能大模型賦能數控系統將是重要趨勢之一。

  例如,三菱電機推出的加工診斷工具NC MachiningAID,利用三菱電機專(zhuān)有的人工智能技術(shù)Maisart開(kāi)發(fā)而成,無(wú)需復雜的專(zhuān)業(yè)知識,即可進(jìn)行加工數據的分析、診斷。馬扎克推出的MAZATROL Smooth Ai,搭載了AI生產(chǎn)效率提升技術(shù)、先進(jìn)數字模擬功能、數字孿生技術(shù)以及先進(jìn)自動(dòng)化適應能力。華中數控推出的基于A(yíng)I大模型的數控系統AI會(huì )診、加工代碼生成、工藝參數優(yōu)化,具有很強的實(shí)用性。廣州數控也推出了智能熱補償、智能防碰撞檢測等智能化功能。

  3. 數字孿生技術(shù)使能數控系統

  對于機床用戶(hù)來(lái)說(shuō),存在機床設計、交付、運行中存在的設計效率低、交付成本高、過(guò)程難以監控的問(wèn)題。面向上述痛點(diǎn)問(wèn)題,需要在實(shí)際的交付運行之前,開(kāi)展虛擬的設計、仿真、調試,對運行過(guò)程也可以進(jìn)行監控和反饋控制,以提升設計與生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)與加工成本。數控系統作為重要的中間環(huán)節,可以很好地將上下游進(jìn)行銜接,將3D設計、運動(dòng)仿真、切削仿真、PLC調試、G代碼調試、防碰撞、實(shí)時(shí)監控等功能在數字孿生中進(jìn)行集中體現,以達成更高的生產(chǎn)效率和更低的生產(chǎn)成本,這無(wú)疑是重要的發(fā)展趨勢之一。

  發(fā)那科的FX DDMS利用數字孿生技術(shù),可實(shí)現方案驗證、銷(xiāo)售演示、打樣模擬、教育培訓等功能,面向產(chǎn)業(yè)應用和教育培訓提供數字化解決方案。西門(mén)子依靠數字孿生技術(shù)的工業(yè)云是一種基于數字化和網(wǎng)絡(luò )化技術(shù)構建的平臺,充分利用數據,實(shí)現設計研發(fā)、生產(chǎn)制造、運營(yíng)管理的一體化,有效幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化生產(chǎn)決策、提升質(zhì)量和安全性。三菱電機提供系列IoT相關(guān)產(chǎn)品,利用數字孿生技術(shù),實(shí)現生產(chǎn)活動(dòng)各個(gè)環(huán)節監控與改善;利用虛擬仿真技術(shù),再現真實(shí)機床效果,提高生產(chǎn)調試效率。天大精益推出的智能制造系統可適應規劃仿真平臺(VE2)為立足國際先進(jìn)可視化仿真的智能制造系統高級仿真軟件,該平臺可以根據制造需求快速定制規劃智能制造系統解決方案,通過(guò)高逼真度的可視化仿真對智能制造生產(chǎn)線(xiàn)的布局結構、工藝流程、生產(chǎn)節拍、加工效率等進(jìn)行評估與優(yōu)化,滿(mǎn)足不同客戶(hù)的個(gè)性化需求。

  4.五軸數控普及化

  高端五軸數控系統,是機床產(chǎn)業(yè)的“最強大腦”,相當于芯片工業(yè)中7nm、3nm制程所必須的光刻機,相當于大飛機的發(fā)動(dòng)機,是高端制造所必需的尖端重器。而且五軸數控機床在加工精度、加工效率、一致性、穩定性等方面均優(yōu)于三軸機床,因此越來(lái)越多的客戶(hù)尤其是精密制造的客戶(hù)更傾向于選擇五軸產(chǎn)品。中國制造業(yè)快速發(fā)展,對五軸數控提出了強烈的需求,未來(lái)五軸高端數控機床將會(huì )得到更普遍的應用,這就給我們中國的五軸數控機床、五軸數控系統的的跨越發(fā)展提供了一個(gè)極好的機會(huì )。例如,本次展位上華中數控全新推出的高端五軸數控系統產(chǎn)品包,突破曲面超勻順插補技術(shù)、智能前饋技術(shù)、高速高精高響應驅動(dòng)和電機技術(shù)、五軸編程技術(shù),融合五軸機床加工工藝及大數據智能分析工具,打造編程-加工-測量一體化的復雜零件制造解決方案,配套高性能五軸機床,可以實(shí)現葉輪、葉盤(pán)、發(fā)動(dòng)機缸體缸蓋等復雜零件的高精高效加工。

  5.復合化已成為大勢所趨

  隨著(zhù)對加工效率、加工精度、降本增效的需求越來(lái)越高,復合化加工越來(lái)越多的被應用到各領(lǐng)域,復合加工是數控機床的一個(gè)重要技術(shù)發(fā)展方向。復合功能能夠大大消除散列工序加工過(guò)程中的運輸、裝夾及等待時(shí)間,工件在機床上只有一次裝夾定位,既減少了加工輔助時(shí)間,又提高了工件的加工精度,使加工周期大大縮短并降低加工車(chē)間的在制品數量。本次展會(huì )展出大量復合加工機床,包括車(chē)削中心,五軸車(chē)銑復合,銑車(chē)復合,磨削復合,車(chē)磨復合。比如華中8型五軸車(chē)銑復合數控系統產(chǎn)品包,由數控裝置、高性能驅動(dòng)器、全規格電機、CAM與工藝庫、單機自動(dòng)化、豐富的軟件包等部分組成,打造車(chē)銑復合新生態(tài)。

來(lái)源:中國機床工具工業(yè)協(xié)會(huì )

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