从EMO2009欧洲国际机床展看现代数控系统的发展方向

肖 明 熊清平

(①中国机床工具工业协会数控系统分会，北京100055;②国家数控系统工程技术研究中心，湖北武汉430074)

两年一届的2009年欧洲国际机床展(EMO 2009)于2009年10月5－10日在意大利米兰国际展览中心举行。该展会属于最知名的国际四大机床名展之一。为了解国际机床行业最新技术动态和发展趋势，学习欧洲知名数控企业先进的管理经验和产品技术，中国机床工具工业协会数控系统分会、全国机床数控系统标准化技术委员会共同组团参加米兰国际机床展，并参观德国的海德汉和力士乐公司等企业。代表团一行共31人，成员来自行业协会、国产数控系统骨干企业、重点大学和研究所。

通过参观展览和考察企业，代表团成员都感到收获很大。EMO 2009集高科技之大成，展示高技术数控机床、数控系统，以及最新科技和生产方式，突出展示未来数控机床发展趋势。它是国际机床行业的窗口，是国际机床市场的缩影和晴雨表，是中国机床企业通往世界的最佳平台。国际知名数控系统企业面向市场需求，不断推出新的技术和产品，试图占领更大的市场份额。现将参展和参观情况总结如下。

1 EMO 2009数控系统展出情况概述

本届EMO使用了米兰国际展览中心(fiera milano)16个展馆中的11个，展出面积约10万m2。在世界金融危机对制造业带来的影响尚未消除的情况下，企业参展仍然十分踊跃，主要的国外数控机床、数控系统企业都参加了本次展览会，充分显示出欧洲等经济活跃地区正处于缓慢复苏的进程中。

这次展览会基本汇集了国际上重要的数控系统制造商如:日本FANUC、三菱、德国西门子、海德汉、力士乐、西班牙发格、意大利FIDIA、法国NUM等，他们各自展出了其各种档次的数控系统，演示了最新的技术发展趋势，下面简要介绍这几家公司高档数控系统的参展情况。

1.1 SIEMENS公司(图1)

以“productivity in motion”为主题，西门子自动化与驱动集团在EMO 2009展会中充分展示了其CNC数控应用全套解决方案“cnc－drives－motors”。数控装置类的产品包括:Sinumerik 840D sl、828D和802D sl(基于驱动器的CNC控制器)和 Sinumerik 840Di sl(基于PC的CNC控制器);驱动类产品是SINAMICS S120驱动系统(西门子新一代的驱动控制系统，集V/F、矢量和伺服控制于一体);电动机类产品包括:1FK7/1FT7伺服电动机、1FN3/1FN6直线电动机、1FW6力矩电动机、1PH8主轴电动机等。

西门子公司采用展板和实际加工样件的形式向参展嘉宾介绍其高性能数控系统在电力、航空航天、医疗器械等领域的应用情况。

1.2 FANUC公司(图2)

日本FANUC公司在本次展会上展出的产品可以分为三大类:机器人、数控装置、驱动和电动机。展现该公司产品的单元主题技术:机床与机器人的融合。同时，FANUC公司突出展示了其各类伺服驱动系统和各种规格机器人，展品种类是参展数控企业中最多的，参观的观众很多。

展示的数控装置包括:FANUC30i/31i/32i系列多通道纳米CNC、FANUC 0i/0iMD系列CNC;驱动和电动机包括αi系列伺服驱动和电动机、βi系列伺服驱动和电动机、力矩电动机、直线电动机等;机器人包括M－1iA、M －2000iA、M －710iC 三个系列。

FANUC的30i/31i/32i系列是 AI纳米CNC系统，是作为16i/18i/21i系列的后继而开发出来的。该系列CNC采用了纳米插补、纳米平滑、智能轮廓控制等先进技术，具有多轴、多通道控制能力，灵活支持各种类型的机床，比如自动机床、车床、组合机床、5轴机床和复杂的高速高精机床。

1.3 HEIDENHAIN公司(图3)

HEIDENHAIN公司展出了包括直线光栅尺和角度编码器、旋转编码器、数显装置和高性能数控在内的各类产品，展现其产品主题:适于高性能机床的测量和数控系统的最新发展。主要展出其iTNC 530数控系统，是一个多功能、面向车间使用的适用于铣、钻、镗和加工中心的轮廓加工数控系统。同时，用一些装置展示使用其高精度测量装置后，机床数控加工从半闭环到全闭环后的精度变化。用计算机演示其高档数控系统具备的高速加工、五轴联动加工、智能化等功能。

1.4 三菱公司

本次展览会上日本三菱公司推出了先进的、全纳米控制的三菱CNC旗舰产品:M700V系列的数控系统，并用标准件实现了一个五轴系统演示涡轮加工。展板强调了M700V数控系统的全纳米精度控制、SSS超光滑曲面控制和3维防碰撞的特点。同时也展出了用于车床的M70系列，还通过一个平行装置演示三菱系统的同步技术。

1.5 Bosch Rexroth AG(博世力士乐公司)(图4)

博世力士乐公司展出了其IndraMotion MTX全系列数控系统，包括 IndraMotion MTX紧凑型、IndraMotion MTX标准型、IndraMotion MTX高端型、IndraMotion MTX Micro。其中IndraMotion MTX Micro是力士乐2009年最新推出，最大4轴联动控制，主要针对亚洲市场。

1.6 主流数控系统配套展出的比例

在这次展览会上，在主流机床制造商展出的高档数控机床上普遍使用的数控系统是以上这几家主流公司的高档数控系统。根据我们的初步统计，在这次展览会上配套的系统中，SIEMENS公司、HEIDENHAIN公司和FANUC公司的数控系统较多。其中，在高档数控机床上，SIEMENS和HEIDENHAIN两家公司的产品最多，特别是在欧洲机床市场占有较大份额。特别是在多轴、高速、复合加工、具备测量等辅助功能的高档机床上，西门子840D系统仍然是主流配置。

1.7 国产数控系统展出情况

国内的数控系统企业没有单独在展览会上进行大规模的参展。大连机床集团与华中数控合资企业大连高金数控有限公司展出了各类数控系统。武汉登奇机电技术有限公司独立参展，展出了各类伺服电动机、伺服驱动器，受到国外参展嘉宾的关注。

2 国际数控系统企业重点展出产品的技术特点

本届EMO2009上，许多国际数控系统企业纷纷推出其重点推介产品，整个数控系统展区亮点纷呈。现将几个企业的重点展出产品的技术特点介绍如下。

2.1 日本FANUC公司

2.1.1 机器人系列产品

FANUC公司机器人系列产品重点强调了重载、协同控制、智能化主题。展出的重载机器人M2000iA标注是世界上力量最大的机器人(图5)，手腕部最大搬运重量达到1350 kg，现场演示抓取、举升柱形齿轮环。其结构特点是对于力矩较大的某个关节，采用多个伺服电动机同步驱动，而不是原来的采用单个大功率电动机驱动。据FANUC公司介绍，经过他们的实际测试，这种结构动力性能更好。

FANUC机器人标准配置具备视觉功能，并且具备网络化功能，可以用1台微机管理多台机器人，实现多台机器人协同控制。现场演示三台机器人一起工作，焊接汽车消声器。

2.1.2 重点展出0i MD系统

0i MD系统是FANUC公司继0i MC后推出的新产品，最大控制轴数5轴，最大联动轴数4轴。在原来0i MC系统的原基础上，0i MD突出以下功能:

(1)纳米插补 结合高速高精度的伺服控制，可获得光滑的加工表面(图6)。其特点是当程序指令为1μm时，发送到伺服控制的位置指令以1nm进行运算，可以实现更平滑的机械移动。可以配置FANUC公司的 αi或者 βi系列伺服驱动器，而配置αi系列伺服驱动器可获得更平滑的加工表面。

(2)强大的PMC功能模块(FB)功能 其特点是:把常用的PMC程序模块化，可频繁调用;使用简单的程序调用已经注册的功能模块(FB);通过设定参数修改梯形图内部逻辑;标准化梯形图逻辑程序，方便再次使用;使用梯形图编程，可以在计算机上使用。

(3)主轴HRV3控制 0i MD系统通过使用高速DSP和先进的控制算法，可以提高电流控制的快速响应和高稳定性。通过缩短速度回路的取样时间和高分辨率的检测电路，实现了高响应、高精度的主轴控制。此外，还可大大提高C轴轮廓控制的性能。

2.1.3 30i/31i/32i系统

FANUC公司30i/31i/32i系统最大可以控制:10通道，32个进给轴，8个主轴，可以用于五轴联动机床、复合加工机床、多通道加工，其主要技术特点是:

(1)Smooth TCP功能 该功能包含两方面的平滑:一是刀具中心点的平滑移动，二是刀具姿态的平滑改变。通过平滑TCP的控制，可以实现刀具中心点的平滑控制。也就是在刀具摆动过程中，首先保证刀具中心点以指令速度平滑移动，在此基础上反算控制点的实际速度。Smooth TCP功能既可以提高加工效率，同时还能改善加工质量。

(2)serve guide for 5－axis machine和serve guide功能 这是FANUC公司重点介绍的功能。FANUC SEVRO GUIDE是一个系统调试软件，通过采集伺服响应波形、主轴波形以及PMC信号等数据，自动调整伺服和系统的相关参数，以实现更好的加工效果。Servo Guide的调整功能包括:自动调整HRV过滤器和速度环增益;自动调整快移时间常数;自动调整高速高精加工的支持参数;自动调整反向间隙加速量;自动调整扭矩干扰的检测;自动调整补偿量。

通过调整以上参数，Servo Guide可实现以下两方面的功能:一是抑制机床振动(增益的调整)的调整，即通过观察机床频率响应来调整。调整的基本过程为:通过程序向电动机发送不同频率的指令，然后根据编码器反馈的数据得出响应图，Servo Guide据此自动调整伺服参数;二是调整加工精度(系统功能的调整)，即通过检测机床走圆弧、走四方、走方带1/4圆弧等轨迹时的运动状态，自动调整系统参数，以实现更高的加工精度。

(3)多PMC控制功能 30i/31i/32i系统具备多主轴控制(Multi－spindle control)功能，CNC除了控制第一个主轴外，还可以控制其它的主轴，最多可控制4个，通常是两个串行主轴和一个模拟主轴。主轴的控制命令S由PMC(梯形图)确定。

2.1.4 驱动和电动机

FANUC公司推出了全系列的直线电动机、大功率主轴电动机、内装式主轴电动机系列，充分展示了其伺服驱动和电动机产品的系列化、成套化。

FANUC公司同时展出了在能量转换、大功率主轴、同步技术等方面的数控单元技术，包括:Energy change module、AC large spindle motor、synchronous build － in servo motor、Cam grinding Demonstration with learning control等。同时，用PC机演示这些新技术和功能。

αi系列伺服驱动和电动机是FANUC公司重点推出的一种高速、高精度、高效率的智能化伺服系统，可以实现机床的高速、高精度控制，外形小巧，结构紧凑。其技术特点如下:

(1)纳米控制:配置旋转极其平滑的伺服电动机和1600 万脉冲/r的高分辨率编码器，伺服放大器具有高精度电流检测功能，具备高速、高精度的伺服HRV控制功能;

(2)高速、高效率:配置基于绕组切换的高速、高加速度主轴电动机;具备高加速度、高响应的主轴HRV控制功能;

(3)产品规格齐全，备有200 V和400 V输入的电源规格，并且可将400 V型的输入电压规格扩展到480 V;主轴电动机最大功率从45 kW到200 kW。

2.2 西门子公司

2.2.1 SINUMERIK 828D数控系统

西门子公司重点展出其新推出的SINUMERIK 828D数控系统(图7)，号称是紧凑型数控系统中的集大成者。其技术特点是:(1)支持车、铣工艺应用，可选水平、垂直面板布局和两级性能，满足不同安装形式和不同性能要求的需要;(2)集CNC、PLC、操作界面以及轴控制功能于一体;(3)结构紧凑;(4)功能强大;(5)编程/设置简单;(6)软件功能较强，828D数控系统可配置最大轴数为车床版8轴/铣床版6轴;同步轴对(龙门轴);多维悬垂度补偿A、B、C样条插补;刀具管理功能可以管理最多256个刀具和512个刀沿;钻孔和铣削工艺循环;3D图形模拟;自动检测及加工剩余材料;内置PLC梯形图查看器和编辑器，可在线进行简单的梯形图编辑。

2.2.2 西门子SINAMICS S120驱动系统

这是西门子重点展出的驱动类产品是西门子新一代的驱动控制系统，集V/F、矢量和伺服控制于一体 (图 8)。SINAMICS S120的产品包括:用于单轴控制的AC/AC驱动器和用于多轴控制的共母线的DC/AC驱动器。其技术特点是:(1)多功能性，集多种控制模式于一体:集多种控制模式于一体，适合于单轴或多轴驱动;(2)进线电压:单向200－240VAC、三相380－480VAC和三相660－690VAC;(3)控制电动机类型:既能控制感应电动机，又能控制同步、力矩及直线电动机;(4)控制功能:既有高精度的速度控制功能，又具有简单定位功能，实现轴的相对和绝对定位，如果和上位的SIMOTION控制系统结合在一起还能实现同步、凸轮等复杂的运动控制功能;(5)硬件的自动识别;(6)数据的快速交换。

2.3 力士乐公司

MTX－micro是力士乐公司针对中小规格数控车床和铣床、加工中心，于2009年全球同步推向市场的全新经济型数控系统，在2009年4月北京国际机床展初次亮相。其结构紧凑，使用便捷，功能强大，由一体化的多轴驱动控制器、高性能CPU和机床显示操作面板组成。其主要特点是:

(1)把数控装置和伺服驱动、PMC全部集成在一起，大大减少连接线缆，硬件成本低，可靠性较高;

(2)数控系统操作面板采用8.4英寸彩色液晶显示器，为系统操作者提供编程界面，与数控装置、驱动、PLC集成电柜使用LVDS线缆连接;

(3)采用32位处理器，确保了最短的CNC和PLC循环周期;

(4)提供两种标准配置:2个进给轴加1个标准变频主轴(最大11 kW)、3个进给轴加1个伺服主轴(最大11 kW)，进给轴最大功率之和为10 kW;

(5)最多控制2个通道，4个进给轴联动;

(6)采用CF卡、U盘进行数据传输。

2.4 海德汉公司

本次米兰国际机床展，海德汉公司展出了iTNC530数控系统(图9)。虽然这些系统已推出几年了，但其功能和性能却在不断进步。海德汉 iTNC530是一个多功能的，面向车间的铣、钻、镗等机床和加工中心的轮廓加工控制器。它具有集成的变频器实现数字驱动控制，使在很高的加工速度下仍保证很高的工件轮廓精度成为可能。iTNC530最高可控制13个进给轴加1个主轴。程序段处理时间0.5ms。用硬盘做为程序存储介质。硬件选项还有双处理器选择，双处理器版本的 iTNC530为用户提供了 WindowsXP操作系统界面，使用户可以同时运行Windows应用程序。

2.5 三菱公司

本次展览会上日本三菱公司推出了先进的、全纳米控制的三菱CNC旗舰产品:M700V系列数控系统(图10)，并用标准件实现了一个五轴系统演示涡轮加工。M700V数控系统具有如下特点:

(1)采用最新的精简指令集的64－bit CPU及高性能的光纤伺服网络，实现最先进的、最全面的纳米级控制能力以及网络连接与控制功能;

(2)具有可适合各种不同机床的高速电动机;

(3)纳米级插补技术，可产生高质量的加工精度;

(4)超光滑曲面控制SSS算法，提供稳定、高精度的切削过程，保证很高切削质量;

(5)最优化的机床响应控制，高精密校正功能;

(6)M－DDC功能可以减少同步监听时间，以提高控制精度;

(7)便于使用的菜单设计和宜人化的在线帮助功能;

(8)实时3D图形化监控设计，即使是初学者也易于掌握和使用机床;

(9)丰富的在线监控功能，可以使操作者易于了解切削过程中加工的质量。

3 数控系统的技术发展趋势

从此次参展的国际知名数控系统厂商的最新产品中，我们归纳出当前数控系统的发展趋势主要体现在如下几方面:

(1)高速、高精

为了实现数控系统的高速、高精，高档数控系统纷纷采用纳米插补、HRV控制技术。例如:FANUC公司的30i/31i/32i系统和0i MD系统、三菱公司的M700V系统、西门子公司的828D都具备纳米插补功能，采用以纳米为单位精确计算位置指令，使机床平滑移动并且提高加工精度。

(2)伺服智能化

现代的交流伺服驱动器为了方便用户调试和使用，短时间内实现进给伺服和主轴相关参数的最优化，实现高速、高精的伺服性能，纷纷推出了各种伺服调整工具。例如FANUC的SERVE GULDE，三菱公司的Servo tuning tool:Ms Configurator。

(3)CAD/CAM/CNC集成

目前，为了帮助操作者更为方便地编制加工程序，解决复杂曲面零件程序编制难题，国际数控系统制造商已经明确地将图形化、集成式的编程系统作为扩展数控系统功能、提高数控系统人机交互方式友好性的重要途径。

(4)机器人广泛应用

作为数控系统的一个重要应用领域，机器人技术和产品近年来得到了快速发展，不仅用于搬运、焊接等单独岗位，更进入机床上下料、换刀、测量等岗位，大大提高数控机床工作效率。典型的产品有:德国KUKA，FANUC公司的M－1iA、M－2000iA、M－710iC系列。

(5)五轴加工技术升级

目前，随着现代制造业的升级和数控技术的不断发展，普通两轴、三轴数控联动加工已经广泛普及，大量的四轴、五轴联动数控机床投入制造企业进行高速、高精度加工。因此，国际数控系统企业高度重视五轴加工技术的不断升级。

(6)产品系列化、个性化

通过参观EMO2009，不仅对当代数控系统技术的最新发展趋势和国际数控系统市场的竞争有了了解，对如何更好面对市场需求，推出新产品争夺用户。同时，对国际数控系统企业采取新颖的形式，展出重点产品也印象深刻。

4 中国机床行业企业参展情况

有许多中国机床行业企业参加了EMO2009的展出，其中一部分是独立参展，一部分是与海外合资、收购企业联合参展，大部分企业是由中国机械贸促会组团参展。其中，展位面积较大的是玉环县坎门机床厂、山东鲁南机床有限公司、沈机集团昆明机床股份有限公司、马鞍山市中亚机床制造有限公司。以国外合资、收购企业联合参展的有北一科堡、天水星火等企业。株洲钻石刀具有限公司、天津精诚机床有限公司、宁江机床有限公司等独立参展，展出各类切削刀具、数控机床等。

大连机床集团展位面积最大，约300 m2，展出了包括数控车床、数控铣床、加工中心、五轴联动机床、数控刀库等各类产品。坎门机床厂展位面积较大，展出加工中心、数控铣床、数控车床等，据了解，其在欧洲市场每年机床销售较好。沈阳机床集团有两块展位，分别展出了希斯公司和昆明机床两个公司的产品。