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近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)機(jī)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(guó)機(jī)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(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)下行的負(fù)面影響，中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)的同比增速出現(xiàn)了下滑態(tài)勢(shì)，但數(shù)據(jù)顯示，2011年中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)完成工業(yè)總產(chǎn)值7437.61億元，同比增長(zhǎng)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(gè)值得關(guān)注的是，2011年沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)的經(jīng)營(yíng)規(guī)模也躍居同行業(yè)的前列，成為了中國(guó)企業(yè)的又一個(gè)驕傲。 與此同時(shí)，中國(guó)也是當(dāng)今世界******大機(jī)床消費(fèi)國(guó)和進(jìn)口國(guó)。在市場(chǎng)需求方面，隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)、鋼鐵、機(jī)械、模具、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎(chǔ)的高增長(zhǎng)行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，帶動(dòng)了對(duì)高效、高精度自動(dòng)化制造設(shè)備的需求，機(jī)床工具行業(yè)進(jìn)入高速增長(zhǎng)的階段。在進(jìn)口方面，以2011年上半年為例，中國(guó)從日本、德國(guó)進(jìn)口機(jī)床的數(shù)額合計(jì)已超過(guò)60%，而從進(jìn)口的機(jī)種來(lái)看，精密生產(chǎn)、高效高速的中高檔數(shù)控機(jī)床，機(jī)床再制造需求明顯增加，表現(xiàn)出我國(guó)機(jī)床需求結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了較大的改變。 　數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化機(jī)床，通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)組成，大致上可分為數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等16大種類(lèi)。在新頒布的國(guó)家“十二五”規(guī)劃中，明確提出將重點(diǎn)發(fā)展裝備制造業(yè)的信息化、自動(dòng)化、智能化水平，而這顯然離不開(kāi)精密機(jī)床行業(yè)的有力支持。據(jù)專(zhuān)業(yè)人士分析，預(yù)計(jì)未來(lái)五年內(nèi)中國(guó)機(jī)床行業(yè)的復(fù)合增長(zhǎng)率約為25-30%，其中，中數(shù)控機(jī)床將成為增長(zhǎng)的主力。 　從我國(guó)目前機(jī)床行業(yè)的發(fā)展情況來(lái)看，自產(chǎn)數(shù)控機(jī)床仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，特別是中數(shù)控機(jī)床的比例嚴(yán)重偏低。從2011年的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，1-8月，我國(guó)機(jī)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(gè)百分點(diǎn)，與一些發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)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(jī)的影響，德國(guó)、日本機(jī)床企業(yè)恢復(fù)迅速，并且紛紛以低價(jià)格、中端機(jī)的策略進(jìn)入中國(guó)，市場(chǎng)反響良好，這樣也為中國(guó)中高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力；同時(shí)，來(lái)自中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和韓國(guó)的中檔機(jī)床也是一股不容忽視的力量。從中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2011年前三季度，金屬加工機(jī)床進(jìn)口99.1億美元，同比增長(zhǎng)51.4％，由于進(jìn)口激增，國(guó)產(chǎn)金屬加工機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的呈顯出下降的趨勢(shì)。 　為了盡快改變這些現(xiàn)狀，2008年12月，在國(guó)家等部委的支持下，由沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)牽頭，聯(lián)合8家企業(yè)、6家院所正式組建起“數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”，該聯(lián)盟將重點(diǎn)圍繞高速精密數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件開(kāi)發(fā)、高速精密機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性、高速精密機(jī)床切削工藝、數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)等方面開(kāi)展研究工作。據(jù)重大專(zhuān)項(xiàng)辦有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，2009年正式啟動(dòng)的數(shù)控機(jī)床專(zhuān)項(xiàng)將延續(xù)到2020年，預(yù)計(jì)財(cái)政、地方財(cái)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(jī)床已成為了中國(guó)機(jī)床工業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。 　伺服在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用 　對(duì)精度、速度、功率等的控制能力指標(biāo)是機(jī)床產(chǎn)品的主要追求目標(biāo)。針對(duì)中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)的數(shù)控技術(shù)與*******水平相比仍相對(duì)落后的局面，究其根由，可以說(shuō)，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(jī)的整體技術(shù)水平，與數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，當(dāng)中，也包括運(yùn)動(dòng)控制的核心部件——伺服系統(tǒng)。目前，在數(shù)控機(jī)床行業(yè)的實(shí)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(shì)；而按照機(jī)床傳動(dòng)機(jī)械的不同，機(jī)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(lèi)。 　　在主軸伺服驅(qū)動(dòng)單元方面，由于需要提供加工各類(lèi)工件所需的切削功率，因而要求其能夠滿(mǎn)足機(jī)床主軸調(diào)速范圍寬、低速大轉(zhuǎn)矩、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特性，同時(shí)還可配合CNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)剛性攻絲、主軸速度控制、Cs軸控制實(shí)時(shí)切換等高性能。而進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)單元以數(shù)控機(jī)床的各坐標(biāo)為控制對(duì)象，以產(chǎn)生機(jī)床的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因此，特別強(qiáng)調(diào)其對(duì)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(jī)床行業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)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(kāi)發(fā)出全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)單元。這類(lèi)伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品采用數(shù)字信號(hào)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(shí)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(yùn)用智能功率模塊(IPM)，從而保障了整機(jī)的可靠性。 　在機(jī)床行業(yè)所使用的電機(jī)上，目前主要包括步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)等，高精密數(shù)控機(jī)床要求電機(jī)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(dòng)器配合作高精度速度和位置控制，穩(wěn)定可靠、振動(dòng)小、噪聲低。 伴隨著國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床行業(yè)的快速發(fā)展，高速度、亞微米精加工時(shí)代已經(jīng)來(lái)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(guò)串行總線可實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服的調(diào)試和實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)0.1μm級(jí)控制精度，是數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化設(shè)備高速高精運(yùn)動(dòng)控制的較佳選擇。 　　提高控制精度、穩(wěn)定性 　　隨著以數(shù)控機(jī)床為技術(shù)平臺(tái)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(jī)床技術(shù)***為活躍的發(fā)展趨勢(shì)之一。智能化機(jī)床能夠借助各種傳感器對(duì)自己的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，自行分析機(jī)床狀態(tài)、加工過(guò)程以及周邊環(huán)境有關(guān)的信息，然后自行采取應(yīng)對(duì)措施來(lái)保證***優(yōu)化的加工。另外，新型的數(shù)控機(jī)床同時(shí)也需要具有減小振動(dòng)的主動(dòng)振動(dòng)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(yǔ)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(jī)床工作的控制精度，以及整機(jī)的穩(wěn)定、可靠性。 　而在伺服系統(tǒng)方面，基于永磁電機(jī)動(dòng)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(hào)處理器(DSP)，配合增益自動(dòng)調(diào)整、指令平滑功能以三菱電機(jī)開(kāi)發(fā)的MR-J3系列交流伺服系統(tǒng)為例，為了實(shí)現(xiàn)高精度定位，與MR-J3系列配套的高性能伺服電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器在勻速下更加平滑順暢的運(yùn)行。同時(shí)，該產(chǎn)品可通過(guò)*的自整定功能和高級(jí)振動(dòng)抑制控制功能，實(shí)現(xiàn)包括位置增益和速度增益在內(nèi)所有增益的自動(dòng)調(diào)整，有效抑制當(dāng)驅(qū)動(dòng)部件停止時(shí)所發(fā)生的100Hz頻率以下的振動(dòng)，且伺服設(shè)置軟件MR-configurator具有精確的機(jī)械分析功能，可用于機(jī)械工具和一般工業(yè)機(jī)械等需要高精度位置控制和平穩(wěn)速度控制的應(yīng)用場(chǎng)合。 降低電機(jī)能耗　　作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，電動(dòng)機(jī)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(jī)在成本控制方面的優(yōu)勢(shì)，因而使其成為了大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的******產(chǎn)品，但同時(shí)它的缺點(diǎn)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(jī)因具有響應(yīng)速度快、定位精準(zhǔn)、技術(shù)門(mén)坎相對(duì)較高的優(yōu)勢(shì)，因而在數(shù)控機(jī)床等精密機(jī)械行業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。其中，交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小；定子繞組散熱比較方便；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(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 　根據(jù)******能源署的***新統(tǒng)計(jì)，工業(yè)用電占電力總消耗的約42%，其中2/3被工業(yè)電機(jī)所消耗。因此，現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床高速主軸所需的伺服電機(jī)、內(nèi)藏式轉(zhuǎn)∕定子領(lǐng)域都以強(qiáng)調(diào)提高節(jié)能效益來(lái)創(chuàng)造新的市場(chǎng)商機(jī)。例如，目前一些日系、歐美伺服電機(jī)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(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量、性能上相對(duì)具有一定的優(yōu)勢(shì)。而據(jù)估計(jì)，采用這些稀土永磁無(wú)鐵芯電機(jī)拖動(dòng)通用設(shè)備的系統(tǒng)運(yùn)行效率平均可提高20-40%，節(jié)電潛力可達(dá)1000-2000億千瓦時(shí)。 　去年6月，針對(duì)低壓電機(jī)的歐盟***低能效標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)開(kāi)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(jí)、四級(jí)、六級(jí)交流電機(jī)，計(jì)劃分三個(gè)階段，提高所涉及的這些電機(jī)產(chǎn)品的******能效等級(jí)。與此同時(shí)，中國(guó)、澳大利亞、巴西、加拿大等國(guó)家也已經(jīng)實(shí)施了類(lèi)似的能效法規(guī)，美國(guó)則是從2010年底開(kāi)始執(zhí)行相當(dāng)于IE3等級(jí)的NEMAPremium(美國(guó)全國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)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(jī)行業(yè)節(jié)能技術(shù)的提升。 　此外，對(duì)于齒輪磨床、精密機(jī)床以其它一些機(jī)床來(lái)說(shuō)，直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)是另一個(gè)值得關(guān)注的發(fā)展方向，直接驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)也是未來(lái)高速、高精度數(shù)控機(jī)床的理想驅(qū)動(dòng)模式，目前受到了機(jī)床廠家的普遍重視，技術(shù)發(fā)展迅速。的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和配件廠商科爾摩根在直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研發(fā)領(lǐng)域有著豐富的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，其推出的直接驅(qū)動(dòng)直線(DDL)系列電機(jī)屬于無(wú)框永磁三相無(wú)刷伺服電機(jī)，不需要維護(hù)，精度更高，帶寬更高，運(yùn)動(dòng)速度更平穩(wěn)，減少了噪音；同時(shí)，還提供多種尺寸和推力，可適用于各種直線應(yīng)用，簡(jiǎn)化了高推力永磁設(shè)計(jì)方案，從而大大提高了機(jī)器的整體可靠性。 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