数控机床中伺服系统现状
数控机床技术发展现状及趋势
数控机床技术发展现状及趋势赵学明（广东工业大学，广东广州５10006)摘要：现在世界上很多发达的工业化国家在生产中广泛应用数控机床。
随着电子技术和控制技术的飞速发展,当今的数控系统功能已经非常强大，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。
随着科学技术的发展,世界先进技术的兴起和不断成熟，对数控技术提出了更高的要求。
当今数控机床正在不断采用最新成果,朝着高速化、超精度化、多功能化、智能化、系统化、网络化、高可靠性与环保等方向发展。
关键字：数控机床、技术、现状、发展趋势引言从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。
数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。
数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。
数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
进入２1世纪，我国经济与国际全面接轨,进入了一个蓬勃发展的新时期。
机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力,加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。
随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步,数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。
１数控机床的简单介绍车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。
能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。
国内数控机床现状解析与建议(doc 14页)
国内数控机床现状解析与建议(doc 14页)国内数控机床现状简析及建议一、国内数控机床行业近年取得的成绩我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。
据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。
领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。
这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。
近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。
如国产XNZD2415型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联结构的A、C轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。
该构型为国际首创。
基于RT一Linux开发的数控系统具有的实时性和可靠性，能在同一网络中与多台PLC相连接，可控制机床的五轴联动，实现人机对话。
该机床的作业空间4．5mx1．6mx1．2m，A轴转角±1050,C轴连续转角0一4000，主轴转速(无级)最高10000r/min，重复定位精钢类零件)进行中低转速下的强力切削，也适宜冶金、机车、造纸机械等行业对大型工件特别是长轴类零件进行高效、强力车削时采用。
TK68125A型落地式数控镗铣床可广泛适用于大中型柴油机、工程机械、汽车、船舶、航天航空工业的大中型复杂结构件加工，特别适用于对具有空间曲面的复杂零件高速、高效加工。
TK6913B型落地式数控镗铣床在高刚度方滑枕、数控可移动主轴组件、数控回转工作台、数控平旋盘、大型链式刀库、模块化开发等方面形成了自己的核心技术。
陕西汉江机床有限公司把为数控机床配套的高精度滚珠丝杠副和滚动直线导轨副作为主攻方向，2004年共生产滚珠丝杠副5万套，滚动直线导轨副2万套，其中为数控机床配套的高精度产品占产销量的80%以上。
数控机床的伺服系统
第6章 数控机床的伺服系统
伺服驱动装置
位置控制模块 速度控制单元
工作台 位置检测
速度环 速度检测 位置环
伺服电机
测量反馈
图6-1 闭环进给伺服系统结构
数控机床闭环进给系统的一般结构如图，这是一个双闭环系统，内 环为速度环，外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。 速度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控 制系统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由 CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组 成。
第6章 数控机床的伺服系统
A C1 B4 2 B 3C A
逆时针转30º
C 4 B
A 1 2 3 A
B
C 1 B
A 2
B 3 C
C
逆时针转30º
4 A
第6章 数控机床的伺服系统
采用三相双三拍控制方式，即通电顺序按AB→BC→CA→AB（逆时针 方向）或AC→CB→BA→AC（顺时针方向）进行，其步距角仍为30。由于 双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持一相绕组通电，所以 工作比较稳定。
第6章 数控机床的伺服系统
设 A 相首先通电，转子齿与定子 A 、 A′ 对齐（图 3a ）。然后在 A 相继续通电的情 况下接通 B 相。这时定子 B 、 B′ 极对转子 齿 2 、 4 产生磁拉力，使转子顺时针方向转 动，但是 A 、 A′ 极继续拉住齿 1 、 3 ，因 此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转 子的位置如图 3b 所示，即转子从图 (a) 位 置顺时针转过了 15° 。接着 A 相断电， B 相继续通电。这时转子齿 2 、 4 和定子 B 、 B′ 极对齐（图 c ），转子从图 (b) 的位置又 转过了 15° 。其位置如图 3d 所示。这样， 如果按 A→A 、 B→B→B 、 C→C→C 、 A→A… 的顺序轮流通电，则转子便顺时针 方向一步一步地转动，步距角 15° 。电流 换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个 齿距角。如果按 A→A 、 C→C→C 、 B→B→B 、 A→A… 的顺序通电，则电机 转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六 拍方式。
浅析伺服系统在数控机床中的应用及发展
智能化
伺 服 器 控 制 模 式 的 智 能 化 ， 在 内 部 预 先 编 程 如
实 现 某 种 运 动 轨 迹 ， 制 本 站 点 周 边 的 １ 口， 带 主 从 跟 随 控 ０ 内 模式调整 ， 电子 凸轮 等 。
问题 ， 如电刷和换 向器 易磨 损 ， 护工作 量 大 ， 维 成本 高等 。② 交流伺服 系统。其进 给运动系统采用 交流感应 异步伺 服 电机 和永磁 同步伺 服电机 。交流伺服系 统的优点 除 了具 有稳定性 好 、 速性 好 、 度高 的特点 外 ， 快 精 与直 流伺 服 电机系 统相 比有
如下 ：
１３ １ 按用途和功能分类 ．．
１进 给驱动系 统 ： ） 用于数 控机 床工 作 台坐标 或 刀架坐 标 的控制系统 ， 控制机床各坐标轴 的切削进给运 动 ， 并提供 切削
过 程 所 需 的力 矩 。
１２ １ 可 逆 运 行 ．．
可逆运行要求 能灵 活地 正反 向运行 。在加工 过程 中， 机
控制编码或其他符 号指令规 定的程序 ， 并将其译码 ， 再进行 必要 的信 息处理和运算后控 制机床 动作 并加 工零件。伺服 系统 的 系统直接 关 系到数控机床执行件 的静 态和动 态特性 、 工作精度、 负荷 能力和稳 定程度等 。因此， 究与开发 高性 研
能 的伺 服 系统 一 直 是现 代 数 控 机 床 的 关键 技 术之 一 。 关键 词 ： 服 系统 ； 控 机 床 ； 用 ； 展 伺 数 应 发 ｄｉ１ ．９９ｊｉｎ １０ —８５ ． １ ．８ ０２ ｏ：０ ３６／． ｓ．０ ６ ５４２ ２０ ．０ ｓ ０
１３２ 按控制原理分类 ．． １开环伺 服系统 ： ） 系统 中没有 位置测 量装置 ， 号流是 单 信 向的（ 数控装置一 进给系统） 故系统稳定性好。 ， ２ 半开环伺服 系统 ： ） 系统 的位 置采样 点是 从伺 服 电机 或 丝杠 的端部 引出 ， 采样旋转角度进行检 测 ， 不是直接 检测最 终
浅析伺服系统与数控机床两者的关系
数控英才网转载：在数控机床上，伺服调控系统是其不可缺少的一部门。
其任务是把数控信息转化为机床进给运动，从而实现精准控制。
卧式数控机床由CNC控制器，伺服驱动及电机、电器柜和数控机床的机架四部门组成。
模拟伺服用途单一，只接收模拟信号，位置控制通常由上位机实现。
配有数字接口，改变工作方式、更换电念头规格时，只需重设代码即可，故也称万能伺服。
具有较丰硕的自诊断、报警功能。
在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。
交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并跟着新技术的发展而不断完善，详细体现在三个方面。
直接影响数控加工的精度和表面粗拙度；快速响应，快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度；调速范围宽，其调速范围可达0—30m/min；低速大转矩，进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个速度范围内都要保持这个转矩，主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩，在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。
其工作原理是：通过CNC内配置的专用编程软件，将加工零件的的轨迹用坐标的方式表达出来，把这些信息转化成能使驱动伺服电机的带有功率的信号(脉冲串)，控制伺服电机带动相应轴来实现运动轨迹。
一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进提高前辈控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。
因为数控机床对产品加工时要求高，所以采用的伺服控制系统十分枢纽。
其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。
作为数控机床的重要功能部件，伺服系统是影响系统加工机能的重要指标。
目前在机床行业，海内外众多厂商都有该行业的伺服产品，其中国外的西门子、博世力士乐，海内的东能、汇川、台达等产品在2011年的市场表现较好。
电液伺服系统在数控机床中的应用
电液伺服系统在数控机床中的应用伺服系统是一种通过感应和响应外部信号来调整输出的自动控制系统。
电液伺服系统是一种使用电力和液压传动技术的伺服系统，被广泛应用于数控机床中。
本文将探讨电液伺服系统在数控机床中的应用，并介绍其优势和发展趋势。
一、电液伺服系统的工作原理电液伺服系统主要由电液伺服阀、液压伺服缸、传感器、执行器和控制器等组成。
其工作原理是：控制器通过传感器获得外部输入信号，然后将信号传递给电液伺服阀。
电液伺服阀根据接收到的信号来控制油路的开闭，调节液压伺服缸的运动。
液压伺服缸将运动转化为力或位移输出，从而实现对机械装置的精确控制。
二、1. 位置控制：电液伺服系统通过精确的位置控制能够实现数控机床的高精度加工。
通过传感器获得工作台或刀具的位置信号，控制器根据设定值对电液伺服阀进行控制，使得机械装置按照预定的路径和速度进行准确定位。
2. 速度控制：电液伺服系统能够实现数控机床的平稳加速和减速操作。
控制器根据设定值对电液伺服阀进行控制，调节液压伺服缸的运动速度，从而实现对机械加工的平滑速度控制。
3. 力控制：电液伺服系统能够实现数控机床的精确力控制。
通过传感器获取工作台或刀具的力信号，控制器根据设定值对电液伺服阀进行控制，调节液压伺服缸的输出力，确保机械装置对工件施加恰当的力。
4. 自动化操作：电液伺服系统能够实现数控机床的自动化操作。
通过控制器中预设的程序，可以实现自动切换刀具、自动换夹具、自动调整加工参数等功能，提高了数控机床的生产效率和加工质量。
三、电液伺服系统的优势1. 高精度：电液伺服系统具有响应速度快、位置控制精度高的特点，可以满足数控机床对于精密加工的要求。
2. 高可靠性：电液伺服系统由于采用了液压传动技术，具有承受高负载和冲击的能力，能够适应数控机床长时间、高负荷运行的需求。
3. 高适应性：电液伺服系统能够适应不同的加工需求，通过调整控制器中的参数实现不同的运动模式和控制策略。
4. 易于维护：电液伺服系统的设计相对简单，维修和更换零部件相对容易，能够降低机床维护成本和停机时间。
中国数控机床行业市场调研报告
2011-2015年中国数控机床行业市场调研与投资战略咨询报告为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，数控未来仍然继续向开放式、基于PC的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向发展。
机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。
超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。
由于数控机床不断采纳科学技术发展中的各种新技术，使得其功能日趋完善，数控技术在机械加工中的地位也显得越来越重要，数控机床的广泛应用是现代制造业发展的必然趋势。
中国报告网发布的《2011-2015年中国数控机床行业市场调研与投资战略咨询报告》共十二章。
首先介绍了数控机床相关概述、国际运营局势等，接着分析了中国数控机床行业运营的现状，然后具体介绍了中国数控机床市场营运态势、市场运营格局。
随后，报告对中国数控机床产业做了重点企业经营状况分析，最后分析了中国数控机床产业的发展前景与投资预测。
您若想对数控机床产业有个系统的了解或者想投资数控机床行业，本报告是您不可或缺的重要工具。
第一章数控机床相关概述第一节数控机床的概念及相关介绍一、数控机床的定义二、数控机床的构成三、数控机床的主要特点及适用加工范围第二节数控机床的分类一、按加工工艺方法分类二、按运动方式分类三、按控制方式分类四、按工艺用途分类五、按联动轴数分类第三节数控机床的发展历程、特征及其发展意义一、数控机床的四个发展阶段二、现代数控机床的特征三、数控机床行业发展的战略意义第四节机床数控化改造情况一、从微宏观上看机床数控化改造的必要性二、机床及生产线数控化改造的市场发展状况三、机床数控化改造的内容及优缺点四、机床数控化改造实施的方法第二章2010年国际数控机床行业营运局势分析第一节2010年国际数控机床行业发展概况一、数控机床基本情况二、国际数控机床发展形势浅析三、数控机床的主要技术特点与发展条件四、多轴联动数控系统成为全球数控机床的技术制高点五、世界数控机床发展潮流第二节日本一、日本数控机床行业发展状况简析二、日本数控机床订单及销售概况三、近年来日本数控磨床生产销售简况四、日本数控机床产业发展的经验第三节德国一、德国机床行业发展状况简析二、德国数控机床行业发展的特点及经验三、德国机床数控化改造工作呈现五大特点第四节美国一、美国数控机床行业发展的特征二、美国哈斯堪称全球数控机床企业杰出代表三、美国CNC数控机床市场发展趋势分析第三章2010年中国数控机床行业运营态势分析第一节2010年中国数控机床发展概况一、中国数控机床产业发展成就二、中国数控机床专利体系在快速形成三、中国数控机床业发展进入成熟期四、国产数控机床结构调整产业升级取得积极进展五、我国数控机床行业加快打造产业集群发展第二节2010年中国数控机床行业发展动态一、中国重型数控机床产品创新情况二、汽车与航空制造业为数控机床发展提供新机遇三、数控机床企业推进产品结构调整四、国产数控机床成消费主流第三节2010年中国部分地区数控机床发展状况一、辽宁铁岭数控机床产业发展现状二、北京数控机床产业基地分析三、江苏泰州数控电火花机床产业集群效应凸显四、泰州市海陵区数控机床产业发展现状五、武汉数控机床产业中长期规划出台六、云南玉溪市积极推动数控机床行业发展第四节2010年中国中高档数控机床市场运营分析一、中国中高档数控机床快速发展二、高档数控机床国产化分析三、国内高档数控机床成行业发展软肋四、中国生产中高档数控机床的五大难题五、中国亟需开发的几类中高档数控机床六、高档数控机床产学研联合发展之路七、发展高端数控机床成机床业升级必经之路第五节2010年中国数控机床功能部件发展分析一、数控机床功能部件的基本特点二、数控机床新型功能部件发展特点三、中国数控机床功能部件发展状况四、中国数控机床功能部件发展的重要性五、中国数据机床功能部件发展的策略及措施六、中国数控机床功能部件的研发与创新七、中国数控机床功能部件发展重点应明确第六节2010年中国数控机床行业自主创新发展分析一、自主创新成中国数控机床发展的唯一出路二、自主创新推进中国数控机床行业快速发展三、自主创新让中国数控机床装备上“中国芯”四、数控机床自主创新从产业层面进行突围第七节2010年中国数控机床行业存在的问题分析一、我国数控机床产业面临的三大忧患二、中国数控机床产业发展存在的问题三、我国数控机床产业化发展面临的挑战四、国内数控机床使用率较低的原因浅析五、中国数控机床亟待开发高端数控系统六、电主轴国产化率低成数控机床发展难题第八节2010年中国数控机床行业发展策略分析一、中国数控机床产业化发展对策二、中国数据机床应当加强八个方面的研究和发展工作三、中国数控机床行业制造与使用部门要在三个层次上加强合作四、推动我国数控机床制造业发展的政策建议五、中国数控机床行业发展要走中国特色之路六、我国数控机床业发展的新路径七、数控机床行业发展的重点是提升可靠性第四章2008-2010年中国数控金属切削机床产量统计分析第一节2008年中国数控金属切削机床产量数据分析一、2008年全国数控金属切削机床产量数据分析二、2008年数控金属切削机床重点省市数据分析第二节2009年中国数控金属切削机床产量数据分析一、2009年全国数控金属切削机床产量数据分析二、2009年数控金属切削机床重点省市数据分析第三节2010年中国数控金属切削机床产量数据分析一、2010年全国数控金属切削机床产量数据分析二、2010年数控金属切削机床重点省市数据分析第五章2008-2010年中国数控金属成形机床产量统计分析第一节2008年中国数控金属成形机床产量数据分析一、2008年全国数控金属成形机床产量数据分析二、2008年数控金属成形机床重点省市数据分析第二节2009年中国数控金属成形机床产量数据分析一、2009年全国数控金属成形机床产量数据分析二、2009年数控金属成形机床重点省市数据分析第三节2010年中国数控金属成形机床产量数据分析一、2010年全国数控金属成形机床产量数据分析二、2010年数控金属成形机床重点省市数据分析第六章2010年中国数控机床市场营运态势分析第一节2010年中国数控机床市场发展概况一、国产数控机床市场发展状况二、国内数控机床市场发展综述三、我国中高端数控机床市场发展形势分析第二节2010年中国数控机床市场需求情况分析一、十大行业对数控机床的需求简述二、我国数控机床市场需求旺盛三、普及型数控机床成市场需求主流四、我国经济型数控机床市场需求形势分析第三节2010年中国数控机床市场销售模式分析一、国内数控机床企业常用销售运作模式二、中国数控机床企业销售模式运作的优劣势三、中国数控机床企业销售模式运作的困惑四、中国数控机床企业销售模式发展方向第四节2010年中国数控机床市场存在问题及发展策略分析一、国产数控机床市场占有率较低二、国产高档数控机床应着力开拓国内市场三、数控机床营销策略四、国产数控机床业的市场培育策略解析第七章2010年中国加工中心市场运营格局分析第一节2010年国际加工中心的发展现况分析一、近年世界加工中心产销状况二、五轴高速加工中心的发展状况分析三、高速加工中心结构设计的发展和敏捷制造系统第二节2010年中国加工中心运行形势分析一、中国加工中心发展回顾二、中国加工中心产销状况三、国产五轴加工中心发展迅猛四、中国龙门加工中心和数控龙门镗铣床发展状况分析第三节2009-2010年中国加工中心需求状况分析一、2009年第一季度加工中心市场需求态势二、2009年第二季度加工中心市场需求状况透析三、2009年第三季度加工中心市场交易情况四、2009年第四季度加工中心市场交易情况五、2010年第一季度加工中心市场需求现状第四节2010年中国加工中心行业存在的差距及发展措施一、国产加工中心与国外水平存在的差距二、提升国产加工中心市场竞争力的对策三、中国加工中心进口存在的问题及建议第五节2011-2015年中国加工中心发展前景趋势展望分析一、世界加工中心的技术发展趋势二、立、卧式加工中心发展趋势三、加工中心机主轴的发展趋势第八章2010年中国其他数控机床市场态势分析第一节数控车床一、中国数控车床市场发展状况回顾二、数控车床发展的五趋向解析三、中国主轴全自动控制数控车床研制四、数控车床设备招标行情分析五、中国数控车床发展建议第二节数控磨床一、国外数控平面磨床及主要数控系统发展情况二、中国数控平面磨床产业化分析三、2010年中国成功研制四轴数控精密磨床四、数控工具磨床的数控系统改造研究五、中国数控立式复合磨床的发展综述第三节其他数控机床一、国际数控卧式镗铣床与落地式铣镗床的发展情况二、中国数控锻压机床发展状况分析三、超大型数控钻床在管板加工中的应用第九章2010年中国数控机床技术研究进展分析第一节2010年中国数控机床技术发展概况一、数控机床技术发展情况二、数控机床技术发展与创新三、数控技术发展特点分析四、中国数控机床技术发展经济特征及构想五、智能数控机床的发展情况六、高速数控机床控制技术发展情况七、数控机床电主轴所融合的技术八、齿轮加工数控系统结构分析第二节2010年中国数控机床技术进展分析一、国产数控机床关键技术取得突破二、国内数控机床产业科研攻关获得较大成果三、国产数控机床首次用国产数控系统通过验收四、中国高档数控系统基础技术取得新突破第三节2010年中国数控机床伺服系统发展情况一、数控机床伺服系统的分类二、国内外数控机床伺服驱动技术发展情况三、数控机床中不同种类伺服系统发展状况分析第四节2010年中国数控机床各种技术的应用分析一、数控机床进给传动装置部件的应用情况分析二、虚拟数控机床技术介绍及应用情况三、自动上下料系统在数控机床中的应用四、自适应控制系统在数控机床上的应用五、数控机床中直线电机进给驱动的应用情况六、PLC在数控系统点位控制功能中的应用情况七、数控机床测量中激光干涉仪的应用发展情况分析第五节2010年中国数控机床的信息化分析一、数控机床迈向信息化时代二、经济型数控机床的网络通讯和控制技术研究三、中国数控机床信息化技术存在的不足四、未来数控机床信息化的发展方向第十章2010年中国数控机床产业优势企业竞争力分析第一节沈阳机床一、公司简介二、沈阳机床经营状况分析三、沈阳机床成功攻克数控系统核心技术四、沈阳机床联手西门子共同研究开发新型数控系统五、沈阳机床发展目标及战略第二节秦川发展一、公司简介二、秦川发展经营状况分析三、秦川发展高端市场运营特点第三节青海华鼎一、公司简介二、青海华鼎经营状况分析三、青海华鼎竞争力分析第四节昆明机床一、公司简介二、昆机已成我国大型精密数控机床重要生产基地三、昆明机床经营状况分析第五节华东数控一、公司简介二、华东数控经营状况分析三、华东数控发展空间广阔第十一章2010年中国数控机床的应用领域分析第一节汽车零部件行业一、我国汽车零部件行业发展综况二、我国汽车零部件出口状况三、国内汽车零部件行业区域发展分析四、中国数控机床在汽车零部件制造中的应用及发展对策五、2010年我国汽车零部件行业面临多重挑战六、中国汽车零部件产业发展趋势第二节船舶工业一、国产数控机床为国内船舶制造提供保障二、深入探讨机床和船舶工业的互助发展三、国内船舶行业发展面临压力四、我国船舶工业发展的政策建议第三节航空航天产业一、国际航空行业兼并重组趋势明显二、中国航空产业的崛起历程三、中国航空产业对数控机床的需求分析四、大飞机项目将带动我国高端数控机床发展第四节电子信息产业一、我国电子信息产业发展综况二、电子信息产业对数控机床的要求分析三、我国电子信息产业发展的政策措施四、2009-2011年我国电子信息行业规划第十二章2011-2015年中国数控机床发展前景与投资预测分析第一节2011-2015年中国机床行业总体前景展望分析一、未来几年中国机床行业有望延续快速增长态势二、我国机床市场前景分析三、中国机床行业未来发展趋势分析四、未来几年机床行业的研发新趋向第二节2011-2015年中国数控机床行业前景趋势分析一、2011-2015年中国数控机床行业预测分析二、数控机床行业的发展方向分析三、未来数控机床各类附件的发展趋势四、未来几年数控机床的主要创新领域五、高端数控机床发展前景乐观第三节2011-2015年中国数控机床行业投资机遇分析一、中国数控机床产业将迎接15年的黄金发展期二、我国数控机床技术研发获中央资金支持三、国产数控机床在军工领域应用迎来发展良机四、中国数控机床行业投资风险及控制分析第四节2010-2015年中国数控机床行业投资机会分析第五节2010-2015年中国数控机床行业投资风险分析第六节中国数控机床行业发展建议及投资策略分析图表目录：（部分）图表：数控机床组成示意图图表：西门子一款数控系统操作面板实物图图表：数控装置框图图表：数控机床的测量装置框图图表：机械手中的控制电机与测量装置图表：点位控制钻孔加工示意图图表：点位直线控制切削加工示意图图表：轮廓控制数控机床加工示意图图表：典型开环数控系统示意图图表：半闭环数控系统示意图图表：全闭环数控系统示意图图表：开环补偿型控制框图图表：用网络解码器检查机床运动轨迹精度图表：用加速度和声音传感器监控机床工作图表：车削加工中心的三维实体模型图表：车削加工中心的模块化图表：完整加工的案例图表：高频电主轴的结构图表：西门子公司生产的1FN1系列三相交流永磁式同步直线电动机的外观图表：采用直线电动机的立式加工中心内部结构图表：电滚珠丝杆的内部结构图表：采用电滚珠丝杆的机床图表：国产数控机床与汽车制造业对数控制造装备在效率和精度方面需求的差距比较图表：超精密球面加工机床及工件图表：部分国家和地区加工中心生产及所占比重情况图表：不同速度和加速度的加工中心之移动距离与时间的关系图表：电主轴启动及停止时间图表：以不同速度和加速度移动的几种加工中心所用时间与距离曲线图表：以加工某种零件为例，速度和加速度不同的加工中心所需节拍时间对比图表：卧式高速加工中心的“箱中箱”式结构图表：立柱移动式结构向箱中箱式结构转变示意图表：敏捷制造系统典型布局示意图表：敏捷制造系统与柔性制造系统的比较图表：加工四、六缸体的敏捷制造系统图表：中国加工中心的生产和进口数量图表：2008年数控车床产品质量国家监督抽查部分质量较好的产品及其企业名单图表：2008年数控车床产品质量国家监督抽查质量较差的产品及其企业名单图表：经过改造后的数控系统硬件结构图表：经过改造后的数控系统软件结构图表：刀具数控磨削自动编程软件结构图表：从德国WALTER公司引进的HELITRONIC 30 NC数控工具磨床图表：国产HIQ-3048型300千牛数控转塔冲床图表：国产PS31250型数控冲剪复合加工机图表：山东法因数控机械有限公司PD7045型上位机软件的主窗口示意图图表：图形显示窗口示意图图表：程序处理窗口示意图图表：PC和CNC之间的通讯软件WINDNC窗口示意图图表：实时监控窗口示意图图表：智能闭环加工模型图表：伺服系统的结构图表：虚拟数控机床体系结构图表：数控车床的自动上下料系统图表：数控车床头部中心架图表：多气缸驱动长棒料示意图图表：根据切削状况变化实时调节刀具进给率图表：直线电机直接传动结构的一种示例图表：直线电机驱动的国产机床部分典型产品图表：VS1250型直线电机驱动的加工中心图表：网络系统构成示意图图表：数据接收（收发）器基本原理图图表：基于PC的ITNC530系统图表：FANUC CNC单元与伺服单元和I/O的连接图表：HEIDENHAIN以ENDAE2.2协议连接编码器和伺服驱动图表：FANUC16I/18I/21I/30I系列CNC的网络接口图表：FANUC CNC的网络监控、维护与管理图表：HRV4可获取更高的转速和更小的电流图表：HRV4更小的温升图表：反向间隙加速功能图表：MPC功能图表：不同分辨率下的脉动扭矩图表：沈阳机床股份有限公司主要经济指标走势图图表：沈阳机床股份有限公司经营收入走势图图表：沈阳机床股份有限公司盈利指标走势图图表：沈阳机床股份有限公司负债情况图图表：沈阳机床股份有限公司负债指标走势图图表：沈阳机床股份有限公司运营能力指标走势图图表：沈阳机床股份有限公司成长能力指标走势图图表：青海华鼎实业股份有限公司主要经济指标走势图图表：青海华鼎实业股份有限公司经营收入走势图图表：青海华鼎实业股份有限公司盈利指标走势图图表：青海华鼎实业股份有限公司负债情况图图表：青海华鼎实业股份有限公司负债指标走势图图表：青海华鼎实业股份有限公司运营能力指标走势图图表：青海华鼎实业股份有限公司成长能力指标走势图图表：陕西秦川机械发展股份有限公司主要经济指标走势图图表：陕西秦川机械发展股份有限公司经营收入走势图图表：陕西秦川机械发展股份有限公司盈利指标走势图图表：陕西秦川机械发展股份有限公司负债情况图图表：陕西秦川机械发展股份有限公司负债指标走势图图表：陕西秦川机械发展股份有限公司运营能力指标走势图图表：陕西秦川机械发展股份有限公司成长能力指标走势图图表：沈机集团昆明机床股份有限公司主要经济指标走势图图表：沈机集团昆明机床股份有限公司经营收入走势图图表：沈机集团昆明机床股份有限公司盈利指标走势图图表：沈机集团昆明机床股份有限公司负债情况图图表：沈机集团昆明机床股份有限公司负债指标走势图图表：沈机集团昆明机床股份有限公司运营能力指标走势图图表：沈机集团昆明机床股份有限公司成长能力指标走势图图表：威海华东数控股份有限公司主要经济指标走势图图表：威海华东数控股份有限公司经营收入走势图图表：威海华东数控股份有限公司盈利指标走势图图表：威海华东数控股份有限公司负债情况图图表：威海华东数控股份有限公司负债指标走势图图表：威海华东数控股份有限公司运营能力指标走势图图表：威海华东数控股份有限公司成长能力指标走势图中国报告网发布的《2011-2015年中国数控机床行业市场调研与投资战略咨询报告》共十二章。
数控机床的现状和发展趋势
我国数控机床的现状和发展数控机床是数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。
数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。
因而了解和提升数控机床对我国的制造业的发展至关重要。
一.国内外数控机床的发展（1）我国数控机床的发展我国于1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。
建国初期在1958—1979年间为第一阶段，第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。
改革开放，从1979年至今为第二阶段。
在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国家(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。
在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、多轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。
至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。
（2）国外数控技术的发展数控机床的起源1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。
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数控机床中伺服系统的现状分析一、概述伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。
这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。
具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。
作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。
数控机床中的伺服系统种类繁多，本文通过分析其结构及简单归分，对其技术现状及发展趋势作简要探讨。
二、伺服系统的结构及分类从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机（图1）。
控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。
图1 伺服系统的结构图1 伺服系统的结构图1中的主要成分变化多样，其中任何部分的变化都可构成不同种类的伺服系统。
如根据驱动电动机的类型，可将其分为直流伺服和交流伺服；根据控制器实现方法的不同，可将其分为模拟伺服和数字伺服；根据控制器中闭环的多少，可将其分为开环控制系统、单环控制系统、双环控制系统和多环控制系统。
考虑伺服系统在数控机床中的应用，本文首先按机床中传动机械的不同将其分为进给伺服与主轴伺服，然后再根据其它要素来探讨不同伺服系统的技术特性。
三、进给伺服系统的现状与展望进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，产生机床的切削进给运动。
为此，要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制。
具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。
根据系统使用的电动机，进给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、交流伺服和直线伺服。
（一）步进伺服系统步进伺服是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统。
其角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率可调节电动机的转速。
如果停机后某些绕组仍保持通电状态，则系统还具有自锁能力。
步进电动机每转一周都有固定的步数，如500步、1000步、50 000步等等，从理论上讲其步距误差不会累计。
步进伺服结构简单，符合系统数字化发展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移动速度越低。
特别是步进伺服易于失步，使其主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造。
但近年发展起来的恒斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动和混合伺服技术，使得步进电动机的高、低频特性得到了很大的提高，特别是随着智能超微步驱动技术的发展，将把步进伺服的性能提高到一个新的水平。
（二）直流伺服系统直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上。
与电磁转矩相关的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流，它们分别控制励磁电流与电枢电流，可方便地进行转矩与转速控制。
另一方面从控制角度看，直流伺服的控制是一个单输入单输出的单变量控制系统，经典控制理论完全适用于这种系统，因此，直流伺服系统控制简单，调速性能优异，在数控机床的进给驱动中曾占据着主导地位。
然而，从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置。
其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其它设备产生电磁干扰。
同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。
电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。
为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。
（三）交流伺服系统针对直流电动机的缺陷，如果将其做“里翻外”的处理，即把电驱绕组装在定子、转子为永磁部分，由转子轴上的编码器测出磁极位置，就构成了永磁无刷电动机，同时随着矢量控制方法的实用化，使交流伺服系统具有良好的伺服特性。
其宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，使其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美。
同时可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。
目前，在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。
模拟伺服用途单一，只接收模拟信号，位置控制通常由上位机实现。
数字伺服可实现一机多用，如做速度、力矩、位置控制。
可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以数字方式设定，稳定性好。
具有较丰富的自诊断、报警功能。
软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统。
其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。
使用时可由用户设定代码与相关的数据即自动进入工作状态。
配有数字接口，改变工作方式、更换电动机规格时，只需重设代码即可，故也称万能伺服。
交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。
一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。
（四）直线伺服系统直线伺服系统采用的是一种直接驱动方式（Direct Drive），与传统的旋转传动方式相比，最大特点是取消了电动机到工作台间的一切机械中间传动环节，即把机床进给传动链的长度缩短为零。
这种“零传动”方式，带来了旋转驱动方式无法达到的性能指标，如加速度可达3g以上，为传统驱动装置的10～20倍，进给速度是传统的4～5倍。
从电动机的工作原理来讲，直线电动机有直流、交流、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种方式；而从结构来讲，又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。
目前应用到数控机床上的主要有高精度高频响小行程直线电动机与大推力长行程高精度直线电动机两类。
直线伺服是高速高精数控机床的理想驱动模式，受到机床厂家的重视，技术发展迅速。
在2001年欧洲机床展上，有几十家公司展出直线电动机驱动的高速机床，快移速度达100～120m/min，加速度1.5～2g，其中尤以德国DMG公司与日本MAZAK公司最具代表性。
2000年DMG公司已有28种机型采用直线电动机驱动，年产1500多台，约占总产量的1/3。
而MAZAK公司最近也将推出基于直线伺服系统的超音速加工中心，切削速度8马赫，主轴最高转速80000r/min，快移速度500m/min，加速度6g。
所有这些，都标志着以直线电动机驱动为代表的第二代高速机床，将取代以高速滚珠丝杠驱动为代表的第一代高速机床，并在使用中逐步占据主导地位。
四、主轴伺服系统的现状及展望主轴伺服提供加工各类工件所需的切削功率，因此，只需完成主轴调速及正反转功能。
但当要求机床有螺纹加工、准停和恒线速加工等功能时，对主轴也提出了相应的位置控制要求，因此，要求其输出功率大，具有恒转矩段及恒功率段，有准停控制，主轴与进给联动。
与进给伺服一样，主轴伺服经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动。
随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代。
（一）交流异步伺服系统交流异步伺服通过在三相异步电动机的定子绕组中产生幅值、频率可变的正弦电流，该正弦电流产生的旋转磁场与电动机转子所产生的感应电流相互作用，产生电磁转矩，从而实现电动机的旋转。
其中，正弦电流的幅值可分解为给定或可调的励磁电流与等效转子力矩电流的矢量和；正弦电流的频率可分解为转子转速与转差之和，以实现矢量化控制。
交流异步伺服通常有模拟式、数字式两种方式。
与模拟式相比，数字式伺服加速特性近似直线，时间短，且可提高主轴定位控制时系统的刚性和精度，操作方便，是机床主轴驱动采用的主要形式。
然而交流异步伺服存在两个主要问题：一是转子发热，效率较低，转矩密度较小，体积较大；二是功率因数较低，因此，要获得较宽的恒功率调速范围，要求较大的逆变器容量。
（二）交流同步伺服系统近年来，随着高能低价永磁体的开发和性能的不断提高，使得采用永磁同步调速电动机的交流同步伺服系统的性能日益突出，为解决交流异步伺服存在的问题带来了希望。
与采用矢量控制的异步伺服相比，永磁同步电动机转子温度低，轴向连接位置精度高，要求的冷却条件不高，对机床环境的温度影响小，容易达到极小的低限速度。
即使在低限速度下，也可作恒转矩运行，特别适合强力切削加工。
同时其转矩密度高，转动惯量小，动态响应特性好，特别适合高生产率运行。
较容易达到很高的调速比，允许同一机床主轴具有多种加工能力，既可以加工像铝一样的低硬度材料，也可以加工很硬很脆的合金，为机床进行最优切削创造了条件。
（三）电主轴电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，它将主轴电动机的定子、转子直接装入主轴组件的内部，电动机的转子即为主轴的旋转部分，由于取消了齿轮变速箱的传动与电动机的连接，实现了主轴系统的一体化、“零传动”。
因此，其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点，并可改善机床的动平衡，避免振动和噪声，在超高速切削机床上得到了广泛的应用。
从理论上讲，电主轴为一台高速电动机，其既可使用异步交流感应电动机，也可使用永磁同步电动机。
电主轴的驱动一般使用矢量控制的变频技术，通常内置一脉冲编码器，来实现厢位控制及与进给的准确配合。
由于电主轴的工作转速极高，对其散热、动平衡、润滑等提出了特殊的要求。
在应用中必须妥善解决，才能确保电主轴高速运转和精密加工。
五、结论作为数控机床的重要功能部件，伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标。
围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高，近年来发展了多种伺服驱动技术。
可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热点，并成为伺服系统的发展方向。