1、1第第7章章 數(shù)控加工數(shù)控加工(ji gng)技術的技術的展望展望 7.1 數(shù)控機床主機的發(fā)展7.2 數(shù)控加工控制系統(tǒng)的發(fā)展7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢7.4 柔性制造技術(jsh)的發(fā)展7.5 基于網(wǎng)絡的數(shù)控加工技術(jsh)第1頁/共13頁第一頁，共14頁。2 伺服系統(tǒng)中的控制信息用數(shù)字量來處理 隨著數(shù)字信號微處理器速度的大幅度提高，伺服系統(tǒng)的信息處理可完全用軟件來完成，這就是當前所說的“數(shù)字伺服” 伺服驅動系統(tǒng)全數(shù)字化 伺服驅動內部控制的數(shù)字化， 伺服驅動到數(shù)控系統(tǒng)接口的數(shù)字化 測量(cling)單元的數(shù)字化1. 全數(shù)字全數(shù)字(shz)交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第2

2、頁/共13頁第二頁，共14頁。3 全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)可以采用以下新技術，達到高速度和高精度的要求 前饋控制：引入前饋控制，實際上構成了具有反饋和前饋復合控制的系統(tǒng)結構 預測控制：通過預測機床伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來調節(jié)輸入控制量，以產(chǎn)生符合要求的輸出 學習控制或重復控制：適合于周期性重復操作(cozu)控制指令情況的加工，可以獲得高速、高精度1. 全數(shù)字全數(shù)字(shz)交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第3頁/共13頁第三頁，共14頁。4 數(shù)字伺服系統(tǒng)運用計算機技術，具有下列特性 采用現(xiàn)代控制理論，通過計算機軟件實現(xiàn)最佳控制 數(shù)字伺服系統(tǒng)是一種離散系統(tǒng)，它是由采樣器和保持器兩個基本

3、環(huán)節(jié)組成的 數(shù)字伺服系統(tǒng)具有較高的動、靜態(tài)精度 系統(tǒng)一般的情況下會配有SERCOS(Serial Real-time Communication System，串行實時通訊系統(tǒng))板。與現(xiàn)場總線相比，它可以實現(xiàn)高速位置閉環(huán)控制，可以處理(chl)多個運動軸的控制，同時可以采用精確、高效的光纖接口，光纖連接可以確保通訊過程的無噪音，簡化模塊之間的電纜連接，提高系統(tǒng)的可靠性。1. 全數(shù)字全數(shù)字(shz)交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第4頁/共13頁第四頁，共14頁。5 電機的改進、驅動方式的改進和具備更高運行速率的DSP等是伺服驅動系統(tǒng)向著高速、高精、高性能化邁進的先決條件 電機

4、方面的改進主要包括(boku)電機永磁材料性能的改進、更好的磁鐵安裝結構設計， 逆變器驅動電路的優(yōu)化、加減速運動的優(yōu)化、再生制動和能量反饋以及更好的冷卻方式 驅動方式的改進方面如采用無齒槽效應的高性能旋轉電機和采用直線電機的線性伺服驅動方式2. 高速度、高精度、高性能化高速度、高精度、高性能化 7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第5頁/共13頁第五頁，共14頁。62. 高速度、高精度、高性能化高速度、高精度、高性能化 德國倍福德國倍福(Beckhoff)AX5000伺伺服驅動器服驅動器電流控制環(huán)最快可達電流控制環(huán)最快可達s速度控制環(huán)最快可達速度控制環(huán)最快可達125s位置控制環(huán)最快可達位置控制環(huán)最快可達

5、125s支持高動態(tài)性能的運動控制任支持高動態(tài)性能的運動控制任務務集成了高性能的集成了高性能的EtherCAT實時實時(sh sh)以太網(wǎng)通訊技術以太網(wǎng)通訊技術7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第6頁/共13頁第六頁，共14頁。7 通過Internet及時了解伺服系統(tǒng)的參數(shù)及時實運行(ynxng)情況，并可根據(jù)嵌入的預測性維護技術，及時了解如電流、負載的變化情況，實現(xiàn)實時預警 模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡和專家控制已運用到伺服驅動系統(tǒng)中，是當前比較典型的智能控制方法 伺服驅動系統(tǒng)的網(wǎng)絡化、智能化及其它功能模塊均得到了長足發(fā)展，根據(jù)設計使用者的不同要求及不同模塊的功能及參數(shù)實現(xiàn)伺服驅動系統(tǒng)的模塊化設計3. 網(wǎng)絡

6、化、智能化、模塊化網(wǎng)絡化、智能化、模塊化 7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第7頁/共13頁第七頁，共14頁。8 直接驅動裝置直接與負載相聯(lián)，省掉了機械傳動元件，故傳動鏈最短 由于驅動裝置的動態(tài)性能(xngnng)明顯提高，故生產(chǎn)效率較高 由于調節(jié)質量好和定位精度高，所以產(chǎn)品質量提高了 由于取消了許多磨損件，因而生命周期的成本很少 簡化了機床設計和機床結構 直線伺服系統(tǒng)采用的是一種直接驅動方式，帶來了旋轉驅動方式無法達到的性能(xngnng)指標，如加速度可達3g以上，為傳統(tǒng)驅動裝置的10-20倍，進給速度是傳統(tǒng)的4-5倍4. 直線直線(zhxin)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng) 7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第8頁/

7、共13頁第八頁，共14頁。9 采用(ciyng)直線電機和智能化全數(shù)字直接驅動控制系統(tǒng)為特征的高速加工中心 世界上第一臺展出的直線電機直接驅動的高速加工中心是1993年展出的XHC240型加工中心 應用到數(shù)控機床上的主要有高精度、高頻響、小行程直線電動機與大推力、長行程、高精度直線電動機兩類 2000年DMG公司已有28種機型采用(ciyng)直線電動機驅動，年產(chǎn)1500多臺，約占總產(chǎn)量的1/3 MAZAK公司也將推出基于直線伺服系統(tǒng)的超音速加工中心，切削速度2720m/s，主軸最高轉速80000r/min，快移速度500m/min，加速度6g4. 直線直線(zhxin)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng) 7.

8、3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第9頁/共13頁第九頁，共14頁。10 作為機床進給驅動主流的永磁直線伺服電動機有兩大發(fā)展方向 大推力：通過(tnggu)電動機結構、磁路形式和冷卻結構的特殊設計，以獲得更大的推力，從而滿足大型機床強力切削加工的要求 高精度：通過(tnggu)直線電動機磁路設計、磁場優(yōu)化設計以及繞組形式設計，盡量減小直線電動機的靜態(tài)和動態(tài)端部效應所引起的推力波動4. 直線直線(zhxin)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng) 7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第10頁/共13頁第十頁，共14頁。11 電主軸單元(dnyun)將主軸電機直接裝在了主軸單元(dnyun)內部，省去了皮帶、齒輪、聯(lián)軸節(jié)等中間變速和傳動裝置

9、，實現(xiàn)了電機與主軸的零傳動 電主軸是現(xiàn)代高檔數(shù)控機械的關鍵部件，成為現(xiàn)代數(shù)控機床的主要特征之一 具有結構簡單緊湊、效率高、噪聲低、振動小和精度高等特點 易于實現(xiàn)高速化，促進了數(shù)控機床向高速化方向發(fā)展 電主軸性能參數(shù)和制造質量的高低，在很大程度上決定了數(shù)控機床的加工速度、工作精度和生產(chǎn)效率5. 電主軸電主軸 7.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第11頁/共13頁第十一頁，共14頁。結束(jish)第12頁/共13頁第十二頁，共14頁。13感謝您的觀看(gunkn)！第13頁/共13頁第十三頁，共14頁。NoImage內容(nirng)總結1。前饋控制：引入前饋控制，實際上構成了具有反饋和前饋復合控制的系統(tǒng)結構。預測控制：通過預測機床伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來調節(jié)輸入控制量，以產(chǎn)生符合要求的輸出。