伺服產品在機床行業中的應用

　　摘要：2013年，中國機床工具行業延續了兩年來的總體下行趨勢，市場需求結構發生巨大變化。經濟再平衡和中國經濟增速放緩的大環境，對機床工具行業產生了全面而深刻的影響，過去10余年賴以高速發展的增長要素發生了深刻變化。特別是今年以來，行業發展在結構調整、轉型升級方面的特征愈加明顯。
　　
　　進入2013年后，中國機床工具產品進口額出現兩位數下滑。前3季度，機床工具產品累計進口額同比下降19.3%，其中金屬加工機床進口額同比下降24.0%。金屬加工機床中，金切機床進口額同比下降25.7%。這是除受金融危機影響的2009年外，機床工具進口額近10年出現兩位數大幅下降。同時，近兩年來我國進口機床工具產品的結構也發生諸多明顯變化，對高精、高速、、智能型中數控機床的需求明顯增加。盡管市場環境復雜多變，一批企業通過在創新和服務等方面的扎實努力取得了階段性成果。
　　
　　2013年機床產量延續了2012年產量持續下降趨勢，但降幅逐月收窄。2013年1—12月金屬切削機床產量72.59萬臺，同比下降1.54%，其中數控機床產量20.93萬臺，同比增長2.16%，從趨勢看，2013年下半年數控機床產量增幅高于金切機床增幅，主要受上年基數影響。
　　
　　2012年我國刀具市場的規模從2011年的400億元縮減到340億元，刀具進口從135億元下降到115億元，兩項數據同比降幅均在15%左右，刀具出口從85億元下降到76億元。2013年1—11月進口刀具額雖然同比下降0.49%，但仍達到12.5億美元，整體來看進口刀具呈下降趨勢。
　　
　　在經濟復蘇乏力、中國機床工具市場處于緩慢下行的大背景中，眾多外資企業卻加緊在中國市場的布局。2013年，山崎馬扎克大連新工廠竣工投產，森精機公司天津工廠開業，德國通快集團以72%的大股份收購了我國鍛壓行業企業江蘇金方圓公司。這些現象一方面說明外企對未來中國市場更加重視，另一方面也預示著國內中機床市場將面臨更為激烈的競爭。
　　
　　再來看一下進出口數據，2013年金屬加工機床進口73733臺、100.15億美元，金額同比下降25.37%，平均進口單價為13.58萬美元。其中，加工中心進口20741臺、33.82億美元，金額同比下降40.14%;數控機床進口15937臺、41.69億美元，金額同比下降11.71%。
　　
　　2013年1-11月，全國機床工具行業累計完成出口交貨值401.45億元，累計同比下降6.65%，低于上月累計增速0.89個百分點。分類別看，累計下降明顯的為其他設備制造行業及其他非金屬礦物制品制造行業，累計同比分別下降22.24%、18.79%，不過降幅較上月統計明顯收窄。累計同比漲幅較大的為金屬成形機床制造行業，累計同比增長12.72%，但也明顯低于1-10月統計的累計同比增速20.7%。
　　
　　以上數據充分顯示出中國機床工具市場正在發生非常顯著的變化，突出特征是：需求總量下降，需求結構上升，進口的機床工具趨向于產品。
　　
　　2.伺服產品在機床行業中的應用
　　
　　機床是將金屬毛坯加工成機器零件的機器，其所擔負的加工工作量占機器總制造工作量的一半左右，在零件的加工工作中占有非常重要的作用。目前市面上機床加工機械零件的方法很多，如切削、鑄造、焊接、沖壓、擠壓等，只要是生產較高精度的零件，一半以上的工藝都會用到機床進行加工處理。
　　
　　機床種類很多，一般分為普通機床、精密機床、高精度機床、數控機床等。不過大多由以下幾個部件組成：支承部件、變速機構、進給機構、刀架刀庫、控制和操縱系統、潤滑系統、冷卻系統等。在控制與操作系統中，伺服控制一般應用較多。
　　
　　在銑床上的應用
　　
　　當前，許多伺服產品不僅具有低速大力矩輸出、零速力矩保持、調速精度高等伺服系統的優良性能，還具有PLC功能，可連接手搖脈沖發生器實現微量調速進給及對刀功能，因此非常適合在強力龍門銑床的進給軸上做單軸控制。
　　
　　機床的X、Y、Z、W、V軸分別由五臺伺服控制器控制，由各自的電位器控制發出模擬電壓控制各軸的進給速度。機床的手動脈沖發生器，通過軸選通信號分別接到五臺伺服控制器外部信號輸入口，控制各軸的進給和定位。
　　
　　在銑床上，通過應用伺服控制器的接口編程可實現對電機的各種復雜控制，同時在PLC程序中加人了電機掉電延時程序，可保證在抱閘*閉合后電機再掉電，解決了z軸的下墜問題；此外，橫梁下降時，由于兩根絲杠的不平衡導致橫梁傾斜問題，這就需要橫梁反向運行一段距離糾正橫梁的傾斜，因此在程序里加入了使橫梁下降停止時都自動向上走一定位距離再停止的功能，這樣就解決橫梁的反向間隙問題。
　　
　　通過使用伺服系統，可提升強力龍門銑的整體檔次，且它線路簡單，操作方便，系統的可靠性高，功能強，精度高，修改與維修方便，經濟效益顯著，目前大多數銑床上都采用伺服控制。
　　
　　在數控機床上的應用
　　
　　臥式數控機床由CNC控制器，伺服驅動及電機、電器柜和數控機床的機架四部分組成。其工作原理是：通過CNC內配置的編程軟件，將加工零件的的軌跡用坐標的方式表達出來，把這些信息轉化成能使驅動伺服電機的帶有功率的信號（脈沖串），控制伺服電機帶動相應軸來實現運動軌跡。同時，刀架上配有數控車刀，通過按加工材質配置相應的刀具，對固定于主軸上的加工材料進行切削，即可加工出相應的工件。
　　
　　在數控機床上，伺服調控系統是其*的一部分。其任務是把數控信息轉化為機床進給運動，從而實現控制。由于數控機床對產品加工時要求高，所以采用的伺服控制系統十分關鍵。
　　
　　目前在數控機床上使用的伺服控制系統，其優點主要有：精度高，伺服系統的精度是指輸出量能復現輸入量的程度。包括定位精度和輪廓加工精度；穩定性好，穩定是指系統在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態。直接影響數控加工的精度和表面粗糙度；快速響應，快速響應是伺服系統動態品質的重要指標，它反映了系統的跟蹤精度；調速范圍寬，其調速范圍可達0—30m/min；低速大轉矩，進給坐標的伺服控制屬于恒轉矩控制，在整個速度范圍內都要保持這個轉矩，主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉矩控制，能提供較大轉矩，在高速時為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。
　　
　　在機床進給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統，有三種類型：模擬形式、數字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置控制通常由上位機實現。數字伺服可實現一機多用，如做速度、力矩、位置控制?？山邮漳M指令和脈沖指令，各種參數均以數字方式設定，穩定性好。具有較豐富的自診斷、報警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數字伺服系統。其將各種控制方式和不同規格、功率的伺服電機的監控程序以軟件實現。使用時可由用戶設定代碼與相關的數據即自動進入工作狀態。配有數字接口，改變工作方式、更換電動機規格時，只需重設代碼即可，故也稱伺服。
　　
　　交流伺服已占據了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的發展而不斷完善，具體體現在三個方面。一是系統功率驅動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發展，智能化功率模塊得到普及與應用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術的成熟，將促進*控制算法的應用；三是網絡化制造模式的推廣及現場總線技術的成熟，將使基于網絡的伺服控制成為可能。
　　
　　目前在機床行業，國內外眾多廠商都有該行業的伺服產品，其中國外的西門子、博世力士樂，國內的匯川、東菱、臺達等產品在2013年的市場表現較好。