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近幾年來國內(nèi)機床行業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，從2009年起，中國機床產(chǎn)值已連續(xù)兩年位居******，占有率達(dá)30%以上。2011年，盡管受到國內(nèi)外經(jīng)濟下行的負(fù)面影響，中國機床工具行業(yè)的同比增速出現(xiàn)了下滑態(tài)勢，但數(shù)據(jù)顯示，2011年中國機床工具行業(yè)完成工業(yè)總產(chǎn)值7437.61億元，同比增長32.50%(如圖1所示)，整體上仍呈現(xiàn)出較快的發(fā)展速度。另一個值得關(guān)注的是，2011年沈陽機床集團的經(jīng)營規(guī)模也躍居同行業(yè)的前列，成為了中國企業(yè)的又一個驕傲。 與此同時，中國也是當(dāng)今世界******大機床消費國和進(jìn)口國。在市場需求方面，隨著國內(nèi)汽車、鋼鐵、機械、模具、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎(chǔ)的高增長行業(yè)發(fā)展勢頭強勁，帶動了對高效、高精度自動化制造設(shè)備的需求，機床工具行業(yè)進(jìn)入高速增長的階段。在進(jìn)口方面，以2011年上半年為例，中國從日本、德國進(jìn)口機床的數(shù)額合計已超過60%，而從進(jìn)口的機種來看，精密生產(chǎn)、高效高速的中高檔數(shù)控機床，機床再制造需求明顯增加，表現(xiàn)出我國機床需求結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了較大的改變。 　數(shù)控機床是以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機電一體化機床，通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)組成，大致上可分為數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等16大種類。在新頒布的國家“十二五”規(guī)劃中，明確提出將重點發(fā)展裝備制造業(yè)的信息化、自動化、智能化水平，而這顯然離不開精密機床行業(yè)的有力支持。據(jù)專業(yè)人士分析，預(yù)計未來五年內(nèi)中國機床行業(yè)的復(fù)合增長率約為25-30%，其中，中數(shù)控機床將成為增長的主力。 　從我國目前機床行業(yè)的發(fā)展情況來看，自產(chǎn)數(shù)控機床仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足國內(nèi)市場的需求，特別是中數(shù)控機床的比例嚴(yán)重偏低。從2011年的統(tǒng)計來看，1-8月，我國機床行業(yè)平均產(chǎn)量數(shù)控化率為30.94%，比2010年同期的28.04%高2.9個百分點，與一些發(fā)達(dá)國家機床數(shù)控率達(dá)到70%的水平相比，差距較為明顯。尤其是***近幾年受******金融危機的影響，德國、日本機床企業(yè)恢復(fù)迅速，并且紛紛以低價格、中端機的策略進(jìn)入中國，市場反響良好，這樣也為中國中高檔數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的競爭壓力；同時，來自中國臺灣地區(qū)和韓國的中檔機床也是一股不容忽視的力量。從中國機床工具工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2011年前三季度，金屬加工機床進(jìn)口99.1億美元，同比增長51.4％，由于進(jìn)口激增，國產(chǎn)金屬加工機床、數(shù)控機床的呈顯出下降的趨勢。 　為了盡快改變這些現(xiàn)狀，2008年12月，在國家等部委的支持下，由沈陽機床集團牽頭，聯(lián)合8家企業(yè)、6家院所正式組建起“數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”，該聯(lián)盟將重點圍繞高速精密數(shù)控機床關(guān)鍵功能部件開發(fā)、高速精密機床運動特性、高速精密機床切削工藝、數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)等方面開展研究工作。據(jù)重大專項辦有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，2009年正式啟動的數(shù)控機床專項將延續(xù)到2020年，預(yù)計財政、地方財政及企業(yè)總投入將達(dá)到數(shù)百億元，這標(biāo)志著數(shù)控機床已成為了中國機床工業(yè)的重點發(fā)展方向。 　伺服在數(shù)控機床的應(yīng)用 　對精度、速度、功率等的控制能力指標(biāo)是機床產(chǎn)品的主要追求目標(biāo)。針對中國機床工具行業(yè)的數(shù)控技術(shù)與*******水平相比仍相對落后的局面，究其根由，可以說，高品質(zhì)的功能配套部件發(fā)展緩慢是其中的主要原因之一，這些功能部件的性能直接影響到主機的整體技術(shù)水平，與數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，當(dāng)中，也包括運動控制的核心部件——伺服系統(tǒng)。目前，在數(shù)控機床行業(yè)的實際應(yīng)用中，交流伺服系統(tǒng)已明顯占據(jù)了一定的優(yōu)勢；而按照機床傳動機械的不同，機床再制造又將應(yīng)用的伺服系統(tǒng)分為進(jìn)給伺服與主軸伺服兩類。 　　在主軸伺服驅(qū)動單元方面，由于需要提供加工各類工件所需的切削功率，因而要求其能夠滿足機床主軸調(diào)速范圍寬、低速大轉(zhuǎn)矩、動態(tài)響應(yīng)快等特性，同時還可配合CNC系統(tǒng)實現(xiàn)剛性攻絲、主軸速度控制、Cs軸控制實時切換等高性能。而進(jìn)給伺服驅(qū)動單元以數(shù)控機床的各坐標(biāo)為控制對象，以產(chǎn)生機床的切削進(jìn)給運動，因此，特別強調(diào)其對位置與速度控制的準(zhǔn)確性和快速性，且可靠性要高。　為了進(jìn)一步提高機床行業(yè)伺服驅(qū)動單元的控制性能，目前大量的數(shù)字處理技術(shù)被引入到該領(lǐng)域，一批廠商紛紛開發(fā)出全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動單元。這類伺服驅(qū)動產(chǎn)品采用數(shù)字信號處理器(DSP)、CPLD超大規(guī)模集成電路芯片，以及優(yōu)化的PID控制算法，實現(xiàn)了數(shù)字式控制，大幅提高了控制精度和響應(yīng)速度；此外，還運用智能功率模塊(IPM)，從而保障了整機的可靠性。 　在機床行業(yè)所使用的電機上，目前主要包括步進(jìn)電機、伺服電機和混合式步進(jìn)電機等，高精密數(shù)控機床要求電機采用全封閉式結(jié)構(gòu)，搭配高速、高精度光電編碼器，與高性能驅(qū)動器配合作高精度速度和位置控制，穩(wěn)定可靠、振動小、噪聲低。 伴隨著國內(nèi)數(shù)控機床行業(yè)的快速發(fā)展，高速度、亞微米精加工時代已經(jīng)來其在成熟交流伺服技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合串行總線及式編碼器接口技術(shù)，支持自主研發(fā)的GSKLink總線技術(shù)，CNC通過串行總線可實現(xiàn)對伺服的調(diào)試和實時監(jiān)控，顯著提高了速度精度和位置精度，位置脈沖指令***高頻率為1MHz適配0.1μm指令精度的CNC，可實現(xiàn)0.1μm級控制精度，是數(shù)控機床、自動化設(shè)備高速高精運動控制的較佳選擇。 　　提高控制精度、穩(wěn)定性 　　隨著以數(shù)控機床為技術(shù)平臺的數(shù)字化制造的興起，智能化制造、技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合已成為了數(shù)控機床技術(shù)***為活躍的發(fā)展趨勢之一。智能化機床能夠借助各種傳感器對自己的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，自行分析機床狀態(tài)、加工過程以及周邊環(huán)境有關(guān)的信息，然后自行采取應(yīng)對措施來保證***優(yōu)化的加工。另外，新型的數(shù)控機床同時也需要具有減小振動的主動振動抑制功能，控制熱位移的智能熱屏障功能，防止部件碰撞的智能安全屏障功能，提供語音提示和短信通知，以及按照加工要求幫助選擇切削參數(shù)等等，總之，智能化可以提高機床工作的控制精度，以及整機的穩(wěn)定、可靠性。 　而在伺服系統(tǒng)方面，基于永磁電機動態(tài)解耦數(shù)學(xué)模型的矢量控制技術(shù)是目前伺服系統(tǒng)的核心控制方法，為了進(jìn)一步提高控制精度和穩(wěn)定性，部分廠商在矢量控制的基礎(chǔ)上，控制回路采用高速數(shù)字信號處理器(DSP)，配合增益自動調(diào)整、指令平滑功能以三菱電機開發(fā)的MR-J3系列交流伺服系統(tǒng)為例，為了實現(xiàn)高精度定位，與MR-J3系列配套的高性能伺服電機編碼器采用了分辨率為262144脈沖/轉(zhuǎn)的位置編碼器，速度環(huán)路頻率響應(yīng)提高到900Hz，具有高速/大轉(zhuǎn)矩特性，還可降低齒槽轉(zhuǎn)矩，減小伺服電機的轉(zhuǎn)矩波動，實現(xiàn)機器在勻速下更加平滑順暢的運行。同時，該產(chǎn)品可通過*的自整定功能和高級振動抑制控制功能，實現(xiàn)包括位置增益和速度增益在內(nèi)所有增益的自動調(diào)整，有效抑制當(dāng)驅(qū)動部件停止時所發(fā)生的100Hz頻率以下的振動，且伺服設(shè)置軟件MR-configurator具有精確的機械分析功能，可用于機械工具和一般工業(yè)機械等需要高精度位置控制和平穩(wěn)速度控制的應(yīng)用場合。 降低電機能耗　　作為數(shù)控機床的重要功能部件，電動機的性能直接關(guān)系到整體系統(tǒng)的性能發(fā)揮。由于步進(jìn)電機在成本控制方面的優(yōu)勢，因而使其成為了大多數(shù)經(jīng)濟型數(shù)控機床的******產(chǎn)品，但同時它的缺點也很明顯，即慣量大、每單位功率的轉(zhuǎn)矩輸出比值小(N-m/kW)、效率差、發(fā)熱量大。而伺服電機因具有響應(yīng)速度快、定位精準(zhǔn)、技術(shù)門坎相對較高的優(yōu)勢，因而在數(shù)控機床等精密機械行業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。其中，交流伺服電機的特點是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動?。欢ㄗ永@組散熱比較方便；慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性；適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)；同功率下有較小的體積和重量；可靠性高，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 　根據(jù)******能源署的***新統(tǒng)計，工業(yè)用電占電力總消耗的約42%，其中2/3被工業(yè)電機所消耗。因此，現(xiàn)階段數(shù)控機床高速主軸所需的伺服電機、內(nèi)藏式轉(zhuǎn)∕定子領(lǐng)域都以強調(diào)提高節(jié)能效益來創(chuàng)造新的市場商機。例如，目前一些日系、歐美伺服電機廠商均掌握了釹鐵硼永磁等關(guān)鍵材料，因而在永磁交流伺服電機產(chǎn)品的質(zhì)量、性能上相對具有一定的優(yōu)勢。而據(jù)估計，采用這些稀土永磁無鐵芯電機拖動通用設(shè)備的系統(tǒng)運行效率平均可提高20-40%，節(jié)電潛力可達(dá)1000-2000億千瓦時。 　去年6月，針對低壓電機的歐盟***低能效標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)開始生效，該新法規(guī)涉及大部分功率介于0.75千瓦~375千瓦、50和60赫茲的兩級、四級、六級交流電機，計劃分三個階段，提高所涉及的這些電機產(chǎn)品的******能效等級。與此同時，中國、澳大利亞、巴西、加拿大等國家也已經(jīng)實施了類似的能效法規(guī)，美國則是從2010年底開始執(zhí)行相當(dāng)于IE3等級的NEMAPremium(美國全國電器制造商協(xié)會高效率)標(biāo)準(zhǔn)。這些法規(guī)的陸續(xù)推出將進(jìn)一步促進(jìn)電機行業(yè)節(jié)能技術(shù)的提升。 　此外，對于齒輪磨床、精密機床以其它一些機床來說，直接驅(qū)動技術(shù)是另一個值得關(guān)注的發(fā)展方向，直接驅(qū)動直線電機也是未來高速、高精度數(shù)控機床的理想驅(qū)動模式，目前受到了機床廠家的普遍重視，技術(shù)發(fā)展迅速。的運動控制系統(tǒng)和配件廠商科爾摩根在直接驅(qū)動技術(shù)的研發(fā)領(lǐng)域有著豐富的專業(yè)經(jīng)驗，其推出的直接驅(qū)動直線(DDL)系列電機屬于無框永磁三相無刷伺服電機，不需要維護(hù)，精度更高，帶寬更高，運動速度更平穩(wěn)，減少了噪音；同時，還提供多種尺寸和推力，可適用于各種直線應(yīng)用，簡化了高推力永磁設(shè)計方案，從而大大提高了機器的整體可靠性。 聲明：本文為轉(zhuǎn)載類文章，如涉及版權(quán)問題，請及時聯(lián)系我們刪除（），不便之處，敬請諒解！