機床行業(yè)與伺服

　　1.機床行業(yè)概況

　　進(jìn)入2013年后，中國機床工具產(chǎn)品進(jìn)口額出現(xiàn)兩位數(shù)下滑。前3季度，機床工具產(chǎn)品累計進(jìn)口額同比下降19.3%，其中金屬加工機床進(jìn)口額同比下降24.0%。金屬加工機床中，金切機床進(jìn)口額同比下降25.7%。這是除受全球金融危機影響的2009年外，機床工具進(jìn)口額近10年首次出現(xiàn)兩位數(shù)大幅下降。同時，近兩年來我國進(jìn)口機床工具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也發(fā)生諸多明顯變化，對高精、高速、高效、智能型中高檔數(shù)控機床的需求明顯增加。盡管市場環(huán)境復(fù)雜多變，一批企業(yè)通過在創(chuàng)新和服務(wù)等方面的扎實努力取得了階段性成果。

　　2013年機床產(chǎn)量延續(xù)了2012年產(chǎn)量持續(xù)下降趨勢，但降幅逐月收窄。2013年1—12月金屬切削機床產(chǎn)量72.59萬臺，同比下降1.54%，其中數(shù)控機床產(chǎn)量20.93萬臺，同比增長2.16%，從趨勢看，2013年下半年數(shù)控機床產(chǎn)量增幅高于金切機床增幅，主要受上年基數(shù)影響。

　　2012年我國刀具市場的規(guī)模從2011年的400億元縮減到340億元，刀具進(jìn)口從135億元下降到115億元，兩項數(shù)據(jù)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(jìn)口刀具額雖然同比下降0.49%，但仍達(dá)到12.5億美元，整體來看進(jìn)口刀具呈下降趨勢。

　　在全球經(jīng)濟復(fù)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(yè)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(chǎn)，森精機公司天津工廠開業(yè)，德國通快集團以72%的大股份收購了我國鍛壓行業(yè)知名企業(yè)江蘇金方圓公司。這些現(xiàn)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(yù)示著國內(nèi)中高端機床市場將面臨更為激烈的競爭。

　　再來看一下進(jìn)出口數(shù)據(jù)，2013年金屬加工機床進(jìn)口73733臺、100.15億美元，金額同比下降25.37%，平均進(jìn)口單價為13.58萬美元。其中，加工中心進(jìn)口20741臺、33.82億美元，金額同比下降40.14%;數(shù)控機床進(jìn)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(yè)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專用設(shè)備制造行業(yè)及其他非金屬礦物制品制造行業(yè)，累計同比分別下降22.24%、18.79%，不過降幅較上月統(tǒng)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(yè)，累計同比增長12.72%，但也明顯低于1-10月統(tǒng)計的累計同比增速20.7%。

　　以上數(shù)據(jù)充分顯示出中國機床工具市場正在發(fā)生非常顯著的變化，突出特征是：需求總量下降，需求結(jié)構(gòu)上升，進(jìn)口的機床工具趨向于高端產(chǎn)品。

　　2.伺服產(chǎn)品在機床行業(yè)中的應(yīng)用

　　機床是將金屬毛坯加工成機器零件的機器，其所擔(dān)負(fù)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(chǎn)較高精度的零件，一半以上的工藝都會用到機床進(jìn)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(shù)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(gòu)、進(jìn)給機構(gòu)、刀架刀庫、控制和操縱系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。在控制與操作系統(tǒng)中，伺服控制一般應(yīng)用較多。

　　在銑床上的應(yīng)用

　　當(dāng)前，許多伺服產(chǎn)品不僅具有低速大力矩輸出、零速力矩保持、調(diào)速精度高等伺服系統(tǒng)的優(yōu)良性能，還具有PLC功能，可連接手搖脈沖發(fā)生器實現(xiàn)微量調(diào)速進(jìn)給及對刀功能，因此非常適合在強力龍門銑床的進(jìn)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(fā)出模擬電壓控制各軸的進(jìn)給速度。機床的手動脈沖發(fā)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(jìn)給和定位。

　　在銑床上，通過應(yīng)用伺服控制器的接口編程可實現(xiàn)對電機的各種復(fù)雜控制，同時在PLC程序中加人了電機掉電延時程序，可保證在抱閘完全閉合后電機再掉電，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(dǎo)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(tǒng)，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(tǒng)的可靠性高，功能強，精度高，修改與維修方便，經(jīng)濟效益顯著，目前大多數(shù)銑床上都采用伺服控制。

　　在數(shù)控機床上的應(yīng)用

　　臥式數(shù)控機床由CNC控制器，伺服驅(qū)動及電機、電器柜和數(shù)控機床的機架四部分組成。其工作原理是：通過CNC內(nèi)配置的專用編程軟件，將加工零件的的軌跡用坐標(biāo)的方式表達(dá)出來，把這些信息轉(zhuǎn)化成能使驅(qū)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(yīng)軸來實現(xiàn)運動軌跡。同時，刀架上配有數(shù)控車刀，通過按加工材質(zhì)配置相應(yīng)的刀具，對固定于主軸上的加工材料進(jìn)行切削，即可加工出相應(yīng)的工件。

　　在數(shù)控機床上，伺服調(diào)控系統(tǒng)是其不可缺少的一部分。其任務(wù)是把數(shù)控信息轉(zhuǎn)化為機床進(jìn)給運動，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。由于數(shù)控機床對產(chǎn)品加工時要求高，所以采用的伺服控制系統(tǒng)十分關(guān)鍵。

　　目前在數(shù)控機床上使用的伺服控制系統(tǒng)，其優(yōu)點主要有：精度高，伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。包括定位精度和輪廓加工精度;穩(wěn)定性好，穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度;快速響應(yīng)，快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度;調(diào)速范圍寬，其調(diào)速范圍可達(dá)0—30m/min;低速大轉(zhuǎn)矩，進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個速度范圍內(nèi)都要保持這個轉(zhuǎn)矩，主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)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(jìn)給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數(shù)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(xiàn)。數(shù)字伺服可實現(xiàn)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(shù)均以數(shù)字方式設(shè)定，穩(wěn)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(shù)字伺服系統(tǒng)。其將各種控制方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機的監(jiān)控程序以軟件實現(xiàn)。使用時可由用戶設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動進(jìn)入工作狀態(tài)。配有數(shù)字接口，改變工作方式、更換電動機規(guī)格時，只需重設(shè)代碼即可，故也稱萬能伺服。

　　交流伺服已占據(jù)了機床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用;二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用;三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。

　　目前在機床行業(yè)，國內(nèi)外眾多廠商都有該行業(yè)的伺服產(chǎn)品，其中國外的西門子、博世力士樂，國內(nèi)的匯川、東菱、臺達(dá)等產(chǎn)品在2013年的市場表現(xiàn)較好。