數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程
自20世紀(jì)末開始,，我國(guó)制造業(yè)就開始了由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的腳步，閥門雙面機(jī)床制造業(yè)也跟著取得數(shù)控機(jī)床快速增長(zhǎng)的業(yè)績(jī),。機(jī)床是先進(jìn)制造技術(shù)和制造信息集成的重要元素,，既是生產(chǎn)力要素，又是重要商品,。機(jī)床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上能映射出加工技術(shù)的主要趨勢(shì),。近年來，我國(guó)在數(shù)控機(jī)床和機(jī)床工具行業(yè)對(duì)外合資合作進(jìn)一步加強(qiáng)，無論在精度,、速度,、性能，還是智能化方面都取得了相當(dāng)?shù)某煽?jī),。在國(guó)際貿(mào)易中,，很多發(fā)達(dá)國(guó)家把數(shù)控機(jī)床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤(rùn)的主要機(jī)電出口產(chǎn)品,。因此,，對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行總結(jié)分析，將有助于推進(jìn)我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的目標(biāo),。
 自上世紀(jì)50年代以來,，世界數(shù)控機(jī)床主要經(jīng)歷了數(shù)控NC ( Numerical Control)和計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC（ ComputerNumerical Control ) 2個(gè)階段。數(shù)控1V (：階段主要經(jīng)歷了以下3代：第1代數(shù)控系統(tǒng),，始于50年代初年,，系統(tǒng)全部采用電子管元件，邏輯運(yùn)算與控制采用硬件電路完成,。第2代數(shù)控系統(tǒng),，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)為標(biāo)志,。第3代數(shù)控系統(tǒng),，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現(xiàn),，使其體積變小,、功耗降低，可靠性提高,，推動(dòng)了數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展,。計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段也經(jīng)歷了3代：第4代數(shù)控系統(tǒng)，始于70年代,，當(dāng)首個(gè)采用小型計(jì)算機(jī)的CNC裝置在芝加哥展覽會(huì)上露面時(shí),，標(biāo)志著CNC技術(shù)的問世；第5代數(shù)控系統(tǒng),，始于70年代后期,，中、大規(guī)模集成電路技術(shù)取得成就,，促使價(jià)格低廉,、體積更小、集成度更高,、工作可靠的微處理器芯片的產(chǎn)生,，并逐步應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng),；第6代數(shù)控系統(tǒng)，始于90年代初,，受通用微機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的影響,，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)為基礎(chǔ)，向著開放化,、智能化,、網(wǎng)絡(luò)化等方面進(jìn)一步發(fā)展。數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng),、進(jìn)給伺服系統(tǒng),、檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及-輔助系統(tǒng)組成,。其中進(jìn)給伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件,，其性能是決定數(shù)控機(jī)床加工性能的極其重要的技術(shù)指標(biāo)。因此提高進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的品質(zhì)是人們始終追求的目標(biāo),。接下來主要介紹一下進(jìn)給伺服系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程,。
進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是一個(gè)很典型的機(jī)電一體化系統(tǒng),，主要由位置控制單元、速度控制單元,、驅(qū)動(dòng)元件(電機(jī)),、檢測(cè)與反饋單元和機(jī)械執(zhí)行部件幾個(gè)部分組成。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動(dòng)機(jī)的不同,，進(jìn)給伺服系統(tǒng)分為4大類伺服系統(tǒng)：步進(jìn)伺服系統(tǒng),，直流伺服系統(tǒng)，交流伺服系統(tǒng),，直線伺服系統(tǒng)步進(jìn)伺服系統(tǒng),。
在20世紀(jì)60年代以前，步進(jìn)伺服系統(tǒng)是以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓伺服電動(dòng)機(jī)或是以功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)為特征,，伺服系統(tǒng)采用開環(huán)控制,。步進(jìn)伺服系統(tǒng)接受脈沖信號(hào)，它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度取決于指令脈沖的頻率或個(gè)數(shù),。由于沒有檢測(cè)和反饋環(huán)節(jié),，步進(jìn)電機(jī)的精度取決于步距角的精度，齒輪傳動(dòng)間隙等,，所以它的精度較低,。而且步進(jìn)電機(jī)在低頻時(shí)易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，它的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,。又由于步進(jìn)伺服系統(tǒng)為開環(huán)控制,，步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大時(shí)易出現(xiàn)“丟步”或“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高容易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。另外步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要的時(shí)間也較長(zhǎng),，速度響應(yīng)較慢,。但是由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)整,、工作可靠,、價(jià)格較低的特點(diǎn)，三面數(shù)控鏜孔專用機(jī)床在許多要求不高的場(chǎng)合還是可以應(yīng)用的,。
60一70年代后,，數(shù)控系統(tǒng)大多采用直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能,。輸出轉(zhuǎn)矩大,，過載能力強(qiáng)，伺服系統(tǒng)也由開環(huán)控制發(fā)展為閉環(huán)控制,，因而在工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域獲得了更加廣泛的運(yùn)用,。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,，其相應(yīng)設(shè)備如精密數(shù)控機(jī)床,、工業(yè)機(jī)器人等對(duì)電伺服系統(tǒng)提出越來越高的要求，尤其是精度,、可靠性等性能,。而傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)采用的是機(jī)械式換向器，在應(yīng)用過程中面臨很多問題,，如電刷和換向器易磨損,，維護(hù)工作量大，成本高,；換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花,，使電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到-；直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、成本高,、對(duì)-設(shè)備易產(chǎn)生干擾交流伺服系統(tǒng)針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，人們一直在努力尋求以交流伺服電動(dòng)機(jī)取代具有機(jī)械換向器和電刷的直流伺服電動(dòng)機(jī)的方法,，以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域,，尤其是高精度、高性能伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的需要,。
但是由于交流電機(jī)具有強(qiáng)禍合,、非線性的特性，控制非常復(fù)雜,，所以高性能運(yùn)用一直受到局限自80年代以來,，隨著電子電力等各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展,，特別是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，在矢量控制算法方面的突破,，原來一直困擾著交流電動(dòng)機(jī)的問題得以解決,，交流伺服發(fā)展越來越快 直線伺服系統(tǒng)永磁同步直線電機(jī)在推力、動(dòng)態(tài)性能,、定位精度方面比-直線電機(jī)更具優(yōu)越性,，因而PMLSM越來越多的用于直線伺服系統(tǒng)中。但由于直線伺服系統(tǒng)存在很大的參數(shù)攝動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng),，此外還存在“邊端效應(yīng)”等問題,，因此，采用傳統(tǒng)的比例(P)或比例積分(PI)位置調(diào)節(jié)器的矢量控制系統(tǒng)很難滿足高性能伺服系統(tǒng)的要求,。
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