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)最為活躍的發(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)對措施來保證最優(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)的絕對位置編碼器，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)品可通過先進(jìn)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。
中達(dá)電通近期推出的ASDA-M系列屬于三軸合一智能型伺服，其將三臺伺服融合在同一機座內(nèi)，三軸同動控制，軸間交換數(shù)據(jù)沒有時間延遲問題；可以直接在驅(qū)動器內(nèi)進(jìn)行直線、圓弧與螺旋的插補控制；新的龍門控制架構(gòu)，精準(zhǔn)同步，可以用于純剛性連接的機構(gòu)；軟件具備簡易的循圓分析，可強化系統(tǒng)問題的診斷能力。此外，ASDA-M系列伺服還具備優(yōu)異的高速響應(yīng)性能、高低頻抑振能力、精準(zhǔn)的全閉環(huán)控制、靈活的內(nèi)部位置編程模式、實時性的位置記錄與位置比較功能等優(yōu)勢，大大提高了機械終端的定位精度。
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)控機床的首選產(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，因而在高端數(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，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。
根據(jù)國際能源署的最新統(tǒng)計，工業(yè)用電占全球電力總消耗的約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最低能效標(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)品的國際能效等級。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。全球領(lǐng)先的運動控制系統(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。
結(jié)語
值得一提的是，在中國機床行業(yè)大舉邁入高檔數(shù)控化的同時，對普通機床和老化數(shù)控機床進(jìn)行“再制造”，也是一個潛力無窮的市場，畢竟來講，要購置全新的數(shù)控機床需要巨額的投入。目前國內(nèi)一些領(lǐng)先廠商正積極開拓這一市場，力爭實現(xiàn)與購置新機床同樣的效果，在減少資金投入的同時，提高零件加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，縮短產(chǎn)品制造周期，改善工作環(huán)境，據(jù)有關(guān)廠商計算，一套經(jīng)濟型數(shù)控化“再制造”機床的價格僅為相同功能新數(shù)控機床的1/5-1/3。
數(shù)控機床的發(fā)展直接關(guān)系到國家基礎(chǔ)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級，是現(xiàn)階段重要的戰(zhàn)略發(fā)展國策之一。作為其中主要的支撐產(chǎn)業(yè)，伺服控制系統(tǒng)急需快速地適應(yīng)當(dāng)前制造業(yè)的發(fā)展特點，從技術(shù)和服務(wù)這兩個環(huán)節(jié)上，提升整體解決方案的技術(shù)水平。針對當(dāng)前中高端數(shù)控機床的具體需求，伺服控制企業(yè)應(yīng)不斷為客戶提供創(chuàng)新的運動解決方案和高品質(zhì)的產(chǎn)品，幫助客戶提升數(shù)控機床產(chǎn)品的性能，使其更具市場競爭力，并且盡可能地縮短產(chǎn)品上市時間，節(jié)約預(yù)算，提高整體系統(tǒng)的可靠性和生率效率，最終達(dá)到提升數(shù)控機床速度、準(zhǔn)度和位置控制精確度的目標(biāo)。
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