開發(fā)重點：中高檔數(shù)控機床

　　拜中國經(jīng)濟(jì)騰飛所賜，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)兩年位居全球第一，占有率達(dá)30%以上。2011年，盡管受到國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)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(tuán)的經(jīng)營規(guī)模也躍居全球同行業(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)今世界第一大機床消費國和進(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)展高端裝備制造業(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，中高端數(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，特別是中高端數(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（如圖2所示），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。尤其是最近幾年受國際金融危機的影響，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)控機床的市場占有率呈顯出下降的趨勢。

　　為了盡快改變這些現(xiàn)狀，2008年12月，在國家科技部等部委的支持下，由沈陽機床集團(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)科技部重大專項辦有關(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)計中央財政、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)與國際先進(jìn)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#p#分頁標(biāo)題#e#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，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)來臨， 例如，在iPone、iPad、LED TV等消費性電子、信息和光電產(chǎn)業(yè)中，由于3C產(chǎn)品多樣化而快速生產(chǎn)的特點，使得精密小型快速加工需求攀升，高速切削機床的市場容量急劇增加。此外，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)正引領(lǐng)數(shù)控機床進(jìn)入一個嶄新的階段，“智能化制造”已不再只是一個夢想而已。面對數(shù)控機床行業(yè)最新的技術(shù)發(fā)展，使得伺服控制系統(tǒng)也亟待在各方面提升其性能指標(biāo)，其中，分布式串行伺服系統(tǒng)、高控制精度和穩(wěn)定性，以及降低電機的能耗，是目前整體伺服系統(tǒng)在技術(shù)研發(fā)上的主要趨勢。