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    数控机床是以数字化制造技术为核心

    时间:2013-01-19点击:

    与此同时,中国也是当今世界第一大机床消费国和进口国。在市场需求方面,随着国内汽车、钢铁、机械、模具、电子、 化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲,带动了对高效、高精度自动化制造设备的需求,机床工具行业进入高速增长的阶段。在进口方面,以 2011年上半年为例,中国从日本、德国进口机床的数额合计已超过60%,而从进口的机种来看,精密生产、高效高速的中高档数控机床需求明显增加,表现出 我国机床需求结构已经发生了较大的改变。 

    数控机床是以数字化制造技术为核心的机电一体化机床,通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其它辅助系统组成,大致上可分为数控车床、数控 铣床、加工中心等16大种类。在新颁布的国家“十二五”规划中,明确提出将重点发展高端装备制造业的信息化、自动化、智能化水平,而这显然离不开精密机床 行业的有力支持。据专业人士分析,预计未来五年内中国机床行业的复合增长率约为25-30%,其中,中高端数控机床将成为增长的主力。 

    从我国目前机床行业的发展情况来看,自产数控机床仍远远无法满足国内市场的需求,特别是中高端数控机床的比例严重偏低。从2011年的统计来看,1-8 月,我国机床行业平均产量数控化率为30.94%,比2010年同期的28.04%高2.9个百分点,与一些发达国家机床数控率达到70%的水平相比,差 距较为明显。尤其是最近几年受国际金融危机的影响,德国、日本机床企业恢复迅速,并且纷纷以低价格、中端机的策略进入中国,市场反响良好,这样也为中国中 高档数控机床产业的发展带来了巨大的竞争压力;同时,来自台湾地区和韩国的中档机床也是一股不容忽视的力量。从中国机床工具工业协会的统计数据显 示,2011年前三季度,金属加工机床进口99.1亿美元,同比增长51.4%,由于进口激增,国产金属加工机床、数控机床的市场占有率呈显出下降的趋 势。 

    为了尽快改变这些现状,2008年12月,在国家科技部等部委的支持下,由沈阳机床集团牵头,联合8家企业、6家院所正式组建起“数控机床产业技术创新联 盟”,该联盟将重点围绕高速精密数控机床关键功能部件开发、高速精密机床运动特性、高速精密机床切削工艺、数控系统应用技术等方面开展研究工作。据科技部 重大专项办有关负责人介绍,2009年正式启动的数控机床专项将延续到2020年,预计中央财政、地方财政及企业总投入将达到数百亿元,这标志着数控机床 已成为了中国机床工业的重点发展方向。 

    伺服在数控机床的应 

    对精度、速度、功率等的控制能力指标是机床产品的主要追求目标。针对中国机床工具行业的数控技术与国际先进水平相比仍相对落后的局面,究其根由,可以说, 高品质的功能配套部件发展缓慢是其中的主要原因之一,这些功能部件的性能直接影响到主机的整体技术水平,与数控机床产业的发展息息相关,当中,也包括运动 控制的核心部件伺服系统。目前,在数控机床行业的实际应用中,交流伺服系统已明显占据了一定的优势;而按照机床传动机械的不同,又将应用的伺服系统分为进 给伺服与主轴伺服两类。 

    在主轴伺服驱动单元方面,由于需要提供加工各类工件所需的切削功率,因而要求其能够满足机床主轴调速范围宽、低速大转矩、动态响应快等特性,同时还可配合 CNC系统实现刚性攻丝、主轴速度控制、Cs轴控制实时切换等高性能。而进给伺服驱动单元以数控机床的各坐标为控制对象,以产生机床的切削进给运动,因 此,特别强调其对位置与速度控制的准确性和快速性,且可靠性要高。 

    为了进一步提高机床行业伺服驱动单元的控制性能,目前大量的数字处理技术被引入到该领域,一批厂商纷纷开发出全数字式交流伺服驱动单元。这类伺服驱动产品采用数字信号处理器(DSP)、CPLD超大规模集成电路芯片,以及 

    化的PID控制算法,实现了数字式控制,大幅提高了控制精度和响应速度;此外,还运用智能功率模块(IPM),从而保障了整机的可靠性。 

    在机床行业所使用的电机上,目前主要包括步进电机、伺服电机和混合式步进电机等,高精密数控机床要求电机采用全封闭式结构,搭配高速、高精度光电编码器,与高性能驱动器配合作高精度速度和位置控制,稳定可靠、振动小、噪声低。 

    伴随着国内数控机床行业的快速发展,高速度、亚微米精加工时代已经来临,例如,在iPone、iPad、LEDTV等消费性电子、信息和光电产业中,由于 3C产品多样化而快速生产的特点,使得精密小型快速加工需求攀升,高速切削机床的市场容量急剧增加。此外,数字化、网络化技术正引领数控机床进入一个崭新 的阶段,“智能化制造”已不再只是一个梦想而已。面对数控机床行业最新的技术发展,使得伺服控制系统也亟待在各方面提升其性能指标,其中,分布式串行伺服 系统、高控制精度和稳定性,以及降低电机的能耗,是目前整体伺服系统在技术研发上的主要趋势。 

    满足多轴、多点控制需 

    在当今运动控制技术的发展中,分布式系统架构(Distributed)凸显出越来越重要的作用和价值,其在生产决策、整合制造、人机界面的良好化、节能 环保等方面具有积极的意义。因应这一趋势,在要求软硬件更具有实时性、扩充性的同时,也需要采用串行式(Serial)伺服控制,以满足多轴、多点 (I/O)控制,这些将成为未来伺服系统发展的主要方向之一。


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