时间：2022-02-12 04:24:07
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为了提高齿轮加工精度和加工效率，到了20世纪80年代以后，国内外开始对齿轮加工机床进行数控化改造和生产数控齿轮加工机床。特别是近年来，由于微电子技术的迅速发展和以现代控制理论为基础的高精度、高速响应交流伺服系统的出现，为齿轮加工数控系统的发展提供了良好的条件和机遇。我们将齿轮加工系统分为全功能和非全功能两大类。
差动挂轮箱
非全功能齿轮加工数控系统的结构
配这类数控系统的机床进给轴为数控轴，多采用伺服系统。由于80年代齿轮加工数控化刚开始起步，当时数控技术无法满足齿轮加机床展成分度链的高同步性的要求,因此展成分度链和差动链仍为传统的机械传动。这种数控加工方式，调整比机械式齿轮加工机床要方便的多。它们可以通过几个坐标轴的联动来实现齿向修形齿轮的加工，省去了传统加工修形齿轮所需要的靠模等装置，提高了生产率和加工精度。但是这类齿轮加工数控系统属经济型数控系统，由于其展成分度链和差动链仍为传统的机械式，齿轮加工精度取决于机械传动链的精度。目前这种齿轮加工数控系统多用于对现有机械式齿轮加工机床的数控改造。
全功能齿轮加工数控系统的结构
近年来，由于计算机技术的迅猛发展和高精度、高速响应的伺服系统的出现，全功能数控齿轮加工机床已成为国际市场上的主流产品。全功能数控指不仅齿轮机床的各轴进给运动是数控的，而且机床的展成运动和差动运动也是数控的。目前展成分度链和差动链的数控处理方法不尽相同，有基于软件插补以及基于硬件控制的两种类型。
分度挂轮箱
基于软件差补的齿轮加工数控系统
这类数控系统的刀具主轴一般采用变频装置控制，工件主轴通过数控指令经伺服电动机直接驱动。目前国产数控齿轮加工机床所配置的数控系统大多为国外知名品牌的通用数控系统，因而都是采用这种基于软件插补的数控加工方式。
基于软件插补方法的优点是工件主轴的转速完全由数控系统的软件控制，因此，可以通过编制适当的软件，用通用的刀具来高精度快速地加工非圆齿轮、修形齿轮，且加工精度远远高于传统的机械靠模加工方法。
目前，由于控制精度、动态响应等方面的原因，基于软件插补的齿轮加工数控系统还不能胜任高速高精度磨齿机的要求。随着计算机速度的不断提高、新控制方法的出现和控制精度的提高，这种方法的应用面越来越广。基于硬件控制的齿轮加工数控系统在传统齿轮机床的展成分度链中，刀具和工件是由同一个电动机来拖动的，传动链很长，并常需要采用精度不易提高的传动元件(如锥齿轮、万向联轴节等)，所以提高机床精度受到限制。
目前多采用光电盘脉冲分频分度传动链。砂轮主轴以固定转速旋转，并带动发信元件(如光电盘)，光电盘信号经数字分频后，控制工件轴伺服电机以一定的转速旋转以实现精确分度传动关系。同时把机床的差动链也纳入控制系统。
基于硬件控制的齿轮加工数控系统的优点：采用硬件控制，特别是采用高同步精度的锁相伺服控制时，精度高，响应速度快。缺点：机构上比较复杂，比软件插补的方式多一个硬件控制电路部分。硬件控制的电子齿轮比(差动系数、主传动比)，目前还不能做到实时修改，即不能实时改变工件主轴的转速，因而不能用于加工非圆齿轮等。
非全功能数控系统由于加工精度取决于机械传动链，仍存在交换挂轮，操作较繁，已较少使用。目前多用于现有机械式齿轮加工机床的数控化改造；基于软件插补的齿轮加工数控系统具有柔性大的优点，可以很方便地通过程序控制，能加工非圆齿轮和各种修形齿轮，因而在加工精度不高的滚齿机和插齿机中有广泛的应用；基于硬件控制的齿轮加工数控系统，由于展成运动是直接采用硬件控制，特别是采用跟踪精度极高的锁相伺服技术时，能很好地保证齿轮机床差动和展成运动精度，响应速度快，但柔性差，适于加工精度要求高的磨齿机。
全功能的齿轮加工数控系统在国际上已是主流产品，也必将在国内成为主流产品。
磨削技术除向超精密、高效率和超硬磨料方向发展外，自动化也是磨削技术发展的重要方向之一。
目前磨削自动化在CNC技术日趋成熟和普及基础上，正在进一步向数控化和智能化方向发展，许多专用磨削软件和系统已经商品化。磨削是一个复杂的多变量影响过程，对其信息化的智能化处理和决策，是实现柔性自动化和最优化的重要基础。目前磨削中人工智能的主要应用包括磨削过程建模、磨具和磨削参数合理选择、磨削过程监测预报和控制、自适应控制优化、智能化工艺设计和智能工艺库等方面。近几年来，磨削过程建模、模拟和仿真技术有很大发展，并已达到适用水平。
我国在磨削过程建模与模拟，声发射过程监测与识别，工件表面烧伤及残余应力预报，磨削加工误差在线检测、评价与补偿等方面都有许多成果，并已开发出了新型磨削机器人。
数据供应链管理体系
1数据供应链的构成
信息系统环境中的统计数据与和制造环境的物质产品具有相似性，把统计数据视为信息系统中的产品，这样，就可以采用全面质量管理(TQM)的原则、方法和技术来进行数据质量管理[4,7]；可以采用制造环境中供应链的管理体系来构建数据产品的管理体系，我们称之为数据供应链。实际上可以把统计数据的制造和消费过程看作一种业务流程模型，它由数据提供者、数据生产者、数据管理者到数据消费者的价值链组成，完成由数据消费者需求开始到提供给数据消费者以所需要的产品与服务的整个过程[8]，这就是数据供应链。数据产品的制造过程包括：原始数据采集、中间数据生成、成品数据生成、数据消费等四个阶段，它涉及四种角色：数据提供者、数据生产者、数据管理者、数据消费者[4]。数据产品的生产制造过程也是数据的增值过程，随着数据（信息）的价值得到社会广泛的认可，数据产品的开发和利用将会得更多的关注。从某一个数据生产者内部来看，它的数据生产过程也构一个内部供应链[9]，这个供应链比较简单(见图1)。外部供应链还包括数据生产者的数据供应市场和数据消费市场，数据供应市场由一个或多个数据提供者和它们的数据供应市场构成，数据消费市场由一个或多个数据消费者和它们的数据消费市场来构成(见图2)。
2内部数据供应链的管理组织模式
随着企业信息建设的推进，现代信息系统从MIS发展到企业商务智能系统。商务智能系统采集业务数据原始数据，经过数据清洗，形成支持决策和分析的数据仓库，数据的采购与处理过程见图3。可以看出，现代企业（或组织）内部的统计数据的采集、处理、分析过程是可以由企业商务智能系统来完成，并提供给相关的数据消费者。
3外部数据供应链的管理组织模式
完整的外部数据供应链是围绕满足用户的数据需求来构建的，它存在一个核心机构（或组织），并起着核心管理作用。构建一个数据供应链的同时也意味着一个统计体系的形成，它将数据提供者、数据生产者、数据管理者、数据消费者联系起来形成一个是开放性的、以团队工作为组织单元的有机整体[10]。采用供应链管理的思想来实现整个统计体系的管理，就是对一个统计体系中各参与组织、部门之间的数据、信息流与资金流进行计划、协调和控制等，目的是通过优化提高数据生产过程的速度和确定性，提高组织的运作效率和效益。对比制造环境的供应链管理，数据供应链管理更简单，它所关注的只有数据（或信息）及其价值，没有物流过程。数据供应链管理的基本对象是数据产品流，数据产品流由供应市场流向消费市场。数据供应链的信息流包括数据的需求、数据处理状态和传递状态等信息，评价与反馈流包括对数据产品的评估和评价信息等。采用现代信息技术，建立数据供应链管理系统实现数据产品流、信息流、评价与反馈流的统一管理，以实现对数据供应链的全面管理。
统计数据质量控制体系的构建
1系统框架
现代信息系统具有高效的计划、控制、反馈机制，高效的数据处理与传输能力，为构建DSCMS系统提供了技术支持。信息网络时代，统计数据质量的监控与预警系统是统计信息系统的重要组成部份[3]，可采用企业资源计划（ERP）、全面质量等管理思想构建统计数据质量控制框架，以有效避免目前统计数据质量控制体系中易受中间环节的人为干扰。图4给出了DSCMS的系统框架。
2系统功能与管理控制的实现
DSCMS由两部分组成：一是统计数据管理系统，它实现方案设计、数据采集、数据整理和统计分析与等统计工作各阶段的信息化管理；二是评价与反馈系统，它负责系统的控制、评价与反馈，是数据质量控制体系的实现。两者有机结合，融入计划控制、全面质量管理等现代管理思想，形成统计管理信息系统的全面解决方案。按系统的功能实现，可分成以下6个部分：（1）方案设计系统。实现统计工作方案设计，包括任务和目标的制定，数据收集、处理方案的制定，以及数据标准和要求的设定等。方案设计将结合目标与实施方案，做出完整的实施计划与控制策略，是DSCMS的控制中心，并通过评价与反馈系统来实现整个管理体系的计划、过程控制和评价功能。（2）数据采集系统。在跨组织的数据供应链中进行数据采集，需考虑时间和空间对数据采集产生的影响，构建基于互联网的分布式集成数据采集系统不仅能提高工作的效率，也可以有效的减少数据逐级传递过程中的人为干扰。面向服务架构是分布式系统当前应用最广泛的核心集成技术之一[11]，它可以对数据供应者的业务系统进行有效的集成，实现数据采集过程的自动化。（3）数据处理系统。数据处理采用集中处理方式来完成，各级数据生产者和管理者经过授权可通过数据处理系统对采集的数据进行处理，生成相关的统计数据，以供本级数据消费者使用。数据处理包括抽取、转换、装载等过程。（4）数据分析系统。数据分析可结合统计方法、数据挖掘技术、联机分析处理技术（OLAP）对数据库或数据仓库中的数据进行分析，分析结果可通过信息系统进行，并对分析结果进行评价与反馈。（5）信息系统。统计数据或分析结果可通过网站向社会公众或相关用户，并通过网站收集用户的反馈信息。（6）评价与反馈系统。通过构建科学的数据质量评价指标体系与反馈系统，利用现代信息技术手段对统计数据质量进行评价，并将评价结果及时反馈到数据质量控制框架及数据生成的各个部门（或环节），以便于及时进行修正、完善。
当外界气温大于26℃时，制冷主机的负载需求越大，空调的耗能就越高。制冷主机耗能在中央空调系统之中占有相当大的比重，除了制冷主机在满载运转时要有高效率性能外，还要确保主机可以在50%~70%负载率的条件下进行长时间、高效率的运转，才能取得最佳的节能效果。因此，制冷主机的节能方式如下：
1）首先根据建筑物的用途、考虑全年的空调负荷变化和制冷机部分负荷的调节特性，并综合考虑初投资和运行费、维护保养、环保、安全等因素，合理的选择制冷机的机型、单机容量、台数和全年的运行方式，提高制冷系统在部分负荷时的运行效率，降低运行费用。选用的制冷机的容量在考虑冷量损失的情况下，要与冷量负荷相适应。在冷量负荷经常变化的情况下，要选用多台制冷机，以便在运行中进行合理调配。
2）用户需要的冷负荷是变化的，在制冷装置的实际运行中，部分负荷运行所占的比较较大，所以要根据用户的需要和外界的环境变化调节制冷机的制冷量。从经济性、调节范围和操作等多个角度来说，一般采用进口导叶调节和改变转速的方法对制冷量进行调节。
3）对冷却水和冷冻水的水质进行管理，避免热交换器结垢影响热传递效率。制冷空调装置常用的是敞开式冷却水循环系统，吸热的冷却水在冷却塔与空气充分接触，逐渐蒸发，二氧化碳大量散失，溶解氧含量升高，水中Ca2+、Mg2+、溶解性固体、悬浮物逐渐增加，使冷却循环水的水质恶化，给系统带来结垢、腐蚀、污泥和菌藻等问题。从而造成系统热阻增大，热交换率降低，设备腐蚀及寿命缩短，能耗加大。故应重视冷却水循环过程中的水处理。所以，需要定期对水质进行加药，投加阻垢剂防止结垢，投加缓蚀剂防止腐蚀，投加杀生剂消灭微生物等等。同时进行排污处理并定期取水样进行化验。冷冻水的水温低，循环流动系统通常为封闭的，不与空气接触，因此冷冻水的水质管理和必要的水处理相对冷却水系统来说要简单得多。其工作目标主要是防止水对金属的腐蚀，可以通过添加合适的缓蚀剂予以解决。
4）定期清洗热交换器。对水质进行处理可以减少结垢、腐蚀的发生，但不能完全杜绝。在运行一段时间后还需要对热交换器定期进行物理清洗和化学清洗，防止或减少结垢、腐蚀，提高换热效率。
二、空气调节系统节能
（一）能量循环利用
新风量少了，室内的卫生条件则变差；新风量大了，又会加大空调负荷，造成能耗过大。所以在关系人体健康的同时，还要考虑到能耗费用。冬、夏季室外的环境温湿度与室内的温湿度标准相差较大，应采用最小新风量，减少新风处理量，降低能耗。在过渡季节，当外界空气的温湿度达到一定的条件时，可以采用全新风的送风方式，在满足室内的温湿度要求的同时，又能减少需要处理的空气量，降低空调系统耗能。可以采用CO2浓度控制器，在保证卫生、保持正压等基本要求下，控制新风量，从大自然中获得冷、热能，对能量进行充分利用，节约空调负荷，节省空调的运行费用。
（二）合理的参数设定
室内空气环境主要涉及的参数有温度、相对湿度等，要使空调系统能节能运行，就要对这些参数进行合理设定。空调房间内空气温度设定值与空调负荷和能耗有着密切关系。供冷时室温设定得越高或者供热时室温设定得越低，可以减小室内、外的温差，降低空调负荷，空调系统越节能。所以，在实际运行中，我们可以根据季节的不同，在设定参数时夏季取高值、冬季取低值，达到节能目的。在设定合理室温的同时，还须设定合理的室内湿度。除了一些工业生产厂房、实验室等需要较严格的工艺要求的建筑外，一般的商场、办公楼等建筑，都是以舒适性空调为主的。为了不浪费能量，室内相对湿度的设定，在夏季可适当降低，冬季可适当提高。所以，在满足室内环境要求的前提下，可适当降低室内的温湿度标准。
三、冷却水塔节能
冷却水塔工作原理是：空气经过风机抽动后，自进风网处进入冷却塔内。湿热的冷却水自布水盘经过填料流入塔内。当水滴和空气接触时：一方面由于空气与水的直接传热，另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在压力的作用下产生蒸发现象，将水中的热量带走即蒸发传热，从而达到降温之目的。
1）冷却塔的位置应设置在通风良好的地方，例如室外绿化地带、室外地面上或在高层建筑主楼的屋顶上，同时远离高温或者有害气体，避免建筑物高温高湿排气或者不洁净的气体对冷却塔进行影响。
2）采用冷却塔变频技术。冷却塔变频技术主要是利用冷却水塔进出水温差对比，通过变频器改变冷却塔风机供电频率，不断改变冷却塔风机的转速，来达到调节风量以及减少风机能耗的效果。
3）对于一塔多风机的冷却塔，在保证冷却水温满足制冷机组正常运行的情况下，可以根据冷却水的回水温度，调整投入运转的风机数量，达到节能目的。而在多台制冷主机并联供冷的系统中，与其匹配的冷却塔也可采用并联形式。在过渡季节或外界温度较低，部分制冷主机运行时，利用并联的冷却塔，可以不开风机采用自然冷却的方法降低能耗。
四、总结
计算机数控技术是一个国家制造业发展水平的标志。CAM和CNC的数据接口标准ISO6983(RS274D)协议,已经无法满足数控系统的发展的需要,其局限性已日益暴露并影响数控系统的广泛应用。因此,新的数据接口标准STEP-NC必然会取代旧的标准并且将给包括数控技术在内的整个制造业带来革命性影响。本文提出的基于STEP-NC的开放式数控系统旨在以STEP统一表征CNC加工过程中涉及的全部信息,实现CAD、CAM和CNC之间的无缝连接,同时为数控系统提供完整的产品数据,更好地提高数控系统的开放性能。
1.STEP-NC概述
1.1ISO6983协议的缺点
随着CAD/ACM系统和CNC系统性能的提高,ISO6983协议已经成为制约数控技术的智能化、集成化、网络化发展的“瓶颈”,已远不能满足数控技术高速发展的需要,其缺点如下:(1)现场编程或修改非常困难,对于稍具复杂性的加工对象,G、M代码一般需要事先由后处理程序生成,增加了信息流失或出错的可能性;(2)G、M代码只定义了机床的运动和开关动作,不包含产品数据的其它信息,因此CNC系统根本不可能获得完整的产品信息,更不可能真正实现智能化;(3)从CAD/CAM系统到CNC系统的传输过程是单向的,难以支持先进制造模式;(4)由于覆盖面太窄,厂商不得不开发各自的扩充功能和专有指令,造成不同控制系统之间互不兼容;(5)不支持基于样条数据的五轴铣和高速加工;(6)生产准备时间长,生产效率低。
1.2STEP-NC的优点
为了克服ISO6983的诸多缺点,一种新的数控接口标准STEP-NC(ISO14649)应运而生。STEP-NC将产品模型数据交换标准(STandardfortheEx2chargeofProductmodeldata,STEP)扩展至数控系统领域,重新规定了CAD/CAM与数控系统之间的接口。它要求数控系统直接使用符合STEP标准(ISO10303)的CAD三维产品数据模型(包括零件几何数据、设置和制造特征),加上工艺信息和刀具信息,直接产生加工程序来控制机床。其间,CAM系统只负责加入工艺信息和刀具信息而不必进行后置处理。STEP-NC的优点如下:(1)面向对象和特征,描述工件的加工操作,不依赖于机床轴的运动,同一加工程序可适用于不同CNC;(2)传统设计信息是图形,加工信息是数据,但STEP-NC使用系统和人都能解析的产品数据模型代替图形;(3)传统加工必须把图形描述的生产要求转变成机床指令,使用STEP-NC可利用工艺规划工具生成指令,使特征识别更快更准确;(4)使用STEP-NC可实现CAD、CAM、CNC信息的双向流动;(5)支持五轴铣,支持高速切削;(6)消除了后置处理器;(7)STEP-NC统筹考虑设计与制造模型,集成在产品数据模型中,不存在数据传递误差,可实现精确加工[1]。
2.STEP-NC产品数据模型
2.1STEP-NC涵盖的内容
STEP-NC定义了一个CAM和CNC之间的新的数据接口标准(AP238),其本质是面向对象,描述“加工什么”。STEP-NC采用工作步骤(Working2steps)指定加工过程,工作步骤将加工特征和具体操作联系起来,由CNC将其转化为轴的运动和刀具操作。AP238是一个充分集成的应用协议,其几何定义与AP203、AP214一致,加工特征与AP224相同,公差定义与AP219一致,因此可以直接使用相关模型[2]。AP238涵盖了产品从概念到成品(零件)全过程所需的全部信息。AP238文件中的工作步骤相当于传统数控文件中的G、M代码。
0.前言
计算机数控技术是一个国家制造业发展水平的标志。CAM和CNC的数据接口标准ISO6983(RS274D)协议,已经无法满足数控系统的发展的需要,其局限性已日益暴露并影响数控系统的广泛应用。因此,新的数据接口标准STEP-NC必然会取代旧的标准并且将给包括数控技术在内的整个制造业带来革命性影响。本文提出的基于STEP-NC的开放式数控系统旨在以STEP统一表征CNC加工过程中涉及的全部信息,实现CAD、CAM和CNC之间的无缝连接,同时为数控系统提供完整的产品数据,更好地提高数控系统的开放性能。
1.STEP-NC概述
1.1ISO6983协议的缺点
随着CAD/ACM系统和CNC系统性能的提高,ISO6983协议已经成为制约数控技术的智能化、集成化、网络化发展的“瓶颈”,已远不能满足数控技术高速发展的需要,其缺点如下:(1)现场编程或修改非常困难,对于稍具复杂性的加工对象,G、M代码一般需要事先由后处理程序生成,增加了信息流失或出错的可能性;(2)G、M代码只定义了机床的运动和开关动作,不包含产品数据的其它信息,因此CNC系统根本不可能获得完整的产品信息,更不可能真正实现智能化;(3)从CAD/CAM系统到CNC系统的传输过程是单向的,难以支持先进制造模式;(4)由于覆盖面太窄,厂商不得不开发各自的扩充功能和专有指令,造成不同控制系统之间互不兼容;(5)不支持基于样条数据的五轴铣和高速加工;(6)生产准备时间长,生产效率低。
1.2STEP-NC的优点
为了克服ISO6983的诸多缺点,一种新的数控接口标准STEP-NC(ISO14649)应运而生。STEP-NC将产品模型数据交换标准(STandardfortheEx2chargeofProductmodeldata,STEP)扩展至数控系统领域,重新规定了CAD/CAM与数控系统之间的接口。它要求数控系统直接使用符合STEP标准(ISO10303)的CAD三维产品数据模型(包括零件几何数据、设置和制造特征),加上工艺信息和刀具信息,直接产生加工程序来控制机床。其间,CAM系统只负责加入工艺信息和刀具信息而不必进行后置处理。STEP-NC的优点如下:(1)面向对象和特征,描述工件的加工操作,不依赖于机床轴的运动,同一加工程序可适用于不同CNC;(2)传统设计信息是图形,加工信息是数据,但STEP-NC使用系统和人都能解析的产品数据模型代替图形;(3)传统加工必须把图形描述的生产要求转变成机床指令,使用STEP-NC可利用工艺规划工具生成指令,使特征识别更快更准确;(4)使用STEP-NC可实现CAD、CAM、CNC信息的双向流动;(5)支持五轴铣,支持高速切削;(6)消除了后置处理器;(7)STEP-NC统筹考虑设计与制造模型,集成在产品数据模型中,不存在数据传递误差,可实现精确加工[1]。
2.STEP-NC产品数据模型
2.1STEP-NC涵盖的内容
STEP-NC定义了一个CAM和CNC之间的新的数据接口标准(AP238),其本质是面向对象,描述“加工什么”。STEP-NC采用工作步骤(Working2steps)指定加工过程,工作步骤将加工特征和具体操作联系起来,由CNC将其转化为轴的运动和刀具操作。AP238是一个充分集成的应用协议,其几何定义与AP203、AP214一致,加工特征与AP224相同,公差定义与AP219一致,因此可以直接使用相关模型[2]。AP238涵盖了产品从概念到成品(零件)全过程所需的全部信息。AP238文件中的工作步骤相当于传统数控文件中的G、M代码。
3.1开放式数控系统数控系统按结构形式可分为传统封闭式和开放式(包括PC嵌入NC、NC嵌入PC和SOFT型三种结构)。SOFT型开放式数控系统基于PC的概念实现CNC的功能,其软件在PC中,硬件是PC与伺服驱动和外部I/O间的标准化通用接口。用户可以利用开放的CNC内核,开发各种所需功能。我国硬件设计、制造水平不高,而软件开发人员众多,软件设计水平也比较高。完全采用软件在工业PC上实现数控系统,比较适合我国国情,也更易于实现开放性。
本文确定的开放式数控系统总体框架主要由以下几部分构成:
(1)系统软件平台。采用WindowsNT和美国Venturcom公司的RTX(Real-TimeExtension)作为系统的软件平台。
(2)系统硬件平台。以PC机和SoftSERCANS通讯卡为系统的硬件平台。
(3)符合SERCOS协议的伺服系统与I/O设备。
SERCOS协议作为国际标准,不仅可以用于运动控制与伺服系统之间的实时通讯,而且它还对I/O功能做出了相应规定,能够同时完成PC机与I/O设备之间离散数字信号的实时通讯。这样可以在众多厂家提供的符合SERCOS标准的伺服驱动器和I/O模块产品中进行选择和配置,以满足控制轴数、控制方式等要求。我们选用了德国力士乐公司的伺服驱动器和I/O模块产品。
(4)数控功能软件。基于Windows和RTX提供的应用程序编程接口编制全软件型开放式数控系统,主要功能是接收输入的加工信息,完成数控计算、逻辑判断和I/O控制等功能。
3.2STEP-NC数控系统
基于STEP-NC的开放式数控系统应该使用统一的数据模型来实现CAX与CNC的无缝连接,STEP-NC数控系统与传统的ISO6983数控系统相似,其关键部分是STEP-NC产品数据模型和STEP-NC解释器。因此在上述的开放式数控系统内用STEP-NC解释器代替G代码解释器,再增加一个刀轨生成器,即可实现STEP-NC数控系统的功能。系统的结构模型如图2所示,主要由以下几个功能模块组成。
(1)车间级编程系统模块
该模块的主要功能为读取三维实体模型的几何信息,生成AP238文件。目前大多数CAD软件(比如UG、Solidworks等)都内嵌有STEP转换接口,能够有效处理3D几何形状。此模块可以解释AP203/AP214文件,从其中的几何特征中自动识别出ISO14649(Part10)所定义的加工特征,并根据ISO14649(Part10、Part11)定义的加工步骤所描述的特征操作进行工艺规划,最后输出AP238文件。
这一过程中可以应用Steptools公司的ST-Plan软件,其主要功能就是读取STEP文件输出STEP-NC文件。
它拥有强大的用户界面,有利于使用者重新对特征进行分类,改变加工顺序,选择加工和工具属性。
(2)NC用户图形界面模块
该模块是STEP-NC数控系统的人机接口,也是其它模块之间实现通讯联系的接口。通过此模块可以导入STEP-NC程序文件,并可以对工作步骤进行增添、删除和次序更改;可以显示和编辑某一工作步骤的几何形状、公差、特征、技术要求、刀具、材料和坐标等相关信息,并以同样的格式返回到上游的设计阶段,体现了STEP-NC设计制造模型的一体化和数据可以双向流动的特点。
(3)一致性检测模块
该模块主要是对AP238文件进行一致性检测。该模块用来检查加工工步、加工特征、刀具信息、几何尺寸和公差以及其它STEP-NC特征信息是否符合国际标准,若符合标准,则STEP-NC程序文件被送到程序信息树模块和刀轨生成模块继续处理;若不符合,则返回到NC用户图形界面模块重新编辑修改直至符合标准。
(4)程序信息树模块
此模块负责把STEP-NC数控程序中的数据信息显示成树状,用户可以通过点击不同的节点观察各个实体的属性及其取值情况,让用户对整个程序的信息结构具有一个直观、形象的认识。这种表示形式符合人类的认识规律,结构层次明显,表达清楚,界面比较友好,更加容易理解。
(5)智能工艺数据库模块
智能工艺数据库用来存放专家们所掌握的各种加工工艺以及对于各种故障原因及其处置方法的知识,可以包括加工条件、加工参数、刀具管理和故障诊断处理等各种数据库、知识库和策略库等多种信息。推理软件依据智能工艺数据库中存储的知识、经验和推理方法等大量信息,对机床运行中的实时加工状态进行监测、调节和故障诊断处理等控制[4]。
(6)刀轨生成模块
该模块的功能是根据加工特征、操作以及加工策略等信息生成每一加工工作步骤的刀位轨迹。由于STEP-NC程序文件里包含了零件从设计到成品所需要的全部加工信息,因此可以根据智能工艺数据库模块提供的加工条件和加工参数等信息对刀轨进行优化,通过最优刀轨算法决定最合适的走刀路线、切削进给量以及切削速度等。
(7)加工仿真模块
在零件进行实际加工之前,通过此模块模拟运行所有加工步骤,以检查是否存在干涉或其它问题,然后再进行真实加工[5]。
值得一提的是,从ISO6983到ISO14649,无论如何都要有一个过渡周期,因此本文所设计的数控系统保留了ISO6983解释器,即本系统除了可以执行STEP-NC文件外,还可以执行传统ISO6983的G代码。只是该解释器是作为CNC系统的一个子系统,而不是STEP-NC解释器模型的一部分。
数控技术利用数字信号控制执行机构完成某种功能，实现自动化。随着我国计算机技术的变革，微小型计算机数字控制CNC是当今制造高精度、高质量以及形状复杂产品的基础设施，属于制造技术的关键环节。对于一般数控系统组织，运算器接收、运算、处理输入装置的指令或数据，并不断向输出装置送出运算结果。控制器能根据指令控制运算器和输出装置来实现各种操作及控制整机的循环工作，使数控系统执行所要求的运动，其中伺服驱动把来自控制器的脉冲信号经过功率放大、整形后，转换成执行部件的平移、进给或旋转等运动，主要包括驱动装置和执行结构两大部分。驱动装置由进给驱动单位电机、主轴驱动单元等组成，步进电机、直流和交流伺服电机是常用的伺服元件。执行机构根据控制器发出的指令信号，完成驱动装置对系统旋转和进给运动的控制。作为数控系统改进生产设备的实例，数字喷印技术是非接触印刷技术的主流，以低廉的价格和精美的印刷质量越来越受到用户的青睐。数字喷印吸收喷墨打印等新技术，墨水经过喷腔组件的小孔射出，喷印器在基材上方以高速度喷射墨水，同时晶体振荡器高速纵向振荡，使墨线分裂成一系列大小和间距相等的墨点，机器内部微处理器监视回馈的信号，随着物体的移动，更多的墨点打在物体表面就形成了字符或图线。经调研，市场上还没有针对薄膜开关制造工艺而开发的专业喷印设备，部分生产厂家引入用于广告喷印的喷墨打印设备进行面板的喷墨印刷，主要有2种：热泡式喷墨打印机和平板式喷绘机。深圳某公司生产的热泡式喷墨打印机，采用爱普生配件，底座同步，并采用步进交流电机和IC芯片控制模块化。由于该打印机源于办公打印机技术，墨量不厚，所以不能采用UV油墨，不能立体打印，且印制速度慢，无法满足规模化生产。广州某公司生产的平板喷印机，采用陶瓷压电式工业高速Konic，XAAR等喷头，由多色喷头组成单模组，且UV光跟随固化，可形成立体墨痕和喷印彩色图案，但不能用于电路喷印。由于该打印机在制造中各工序对位困难，故不能完全满足彩色面板、上电路、绝缘层、下电路的套印，工序切换速度慢，不符合一次流水套打的工艺要求。为了提高定位精度，采用计算机视觉定位技术、MARK高精度光学影像定位系统及图像AOI技术，印制精细度达0.1mm，对位精度≤0.2mm。采用多喷头阵列高速流水喷印技术，以4—12个喷头为1组并行喷印，从而实现高速输出。为消除喷头间喷印干扰，对12个喷头的喷印进行同步控制。采用2套独立控制电路，分组传输，每组喷头数不超过6个，从而能保证一般的4色彩油墨、金属导电油墨、特色工艺油墨的喷印阵列。DSP的定位圆图像采集及参数提取更进一步提高了定位精确度和喷印速度。设计的阵列双模式喷印平台基于数字控制器现场可编程门阵列（FPGA），DSP，PC及软件，由程序协调操作FPGA等多芯片运作，同时解决数据分配、时分信号和信号优化等数据处理问题。在数控系统中可以利用FPGA处理接口板与上位主控板之间的数据传输，接收下位伺服的反馈信号，监测伺服电机的工作状态。针对x，y，z和w方向的移动，利用可靠性、可编程多轴控制器构建精确位置控制系统。以PLC控制变频电机为执行元件，通过RS-485通信实现驱动单元的远程控制，提高系统的集成度与可靠性。基于以上设计和工艺，集成高速、柔性、精密配套技术以及制造工艺，利用数控系统的核心技术，喷印平台简化了传统工艺流程，只需改变电气参数就能完成不同的喷印任务，不需要为新产品的每一次改动而制作网版。设计的阵列喷印流水式装置通过交错及斜装阵列组合模式，由12通道静态喷头阵列与4通道动静双模式喷印模组构造，双模式构造能保证喷印清晰度和速度，解决缝接及拉线等问题。该装置能快速完成维护和喷头更换，提高了设备的灵活性和生产效率，其平台抗震、抗干扰能力较好，符合IP54标准。
2阵列双模式喷印平台的控制模块
2.1主要控制单元
作为一种典型的控制不同组合对象的多参数数控喷印平台系统，既有平移、旋转运动控制和图像识别辅助控制，又有喷墨头的温度、流量等过程控制。为保证高速阵列多喷印头的数据协调、时控合理，核心控制模块采用WDM类设备驱动程序架构和MINIPort层间驱动协议，驱动程序用VC编写和调试，使其达到4路USB准同步数据传输，时间关键帧技术保证操作系统达ms级响应。发挥硬件和软件的开放性，实现数控系统和伺服控制系统间的通讯、加工代码的自动生成、最佳模切顺序和最短空程路径。模块化设计后则重点关注控制器、数据处理、I/O系统、驱动接口等子模块，以上位机数控系统来扩展网络控制系统，使用计算机数控系统与FPGA控制器完成接口驱动，控制模块见图2。喷印控制电路系统重点包括基于FPGA的主控部分、基于DSP的定位圆图像采集及参数提取部分。采用现有控制技术的理论方法和技术条件，以FPGA嵌入式为主控制系统，FPGA有丰富的逻辑硬件资源，CycloneIIFPGA芯片有DSP系统、硬件协处理器、接口系统、通信系统、存储电路以及普通逻辑电路等功能子系统，能解决传统宽幅喷印机对大量图像数据在上下位机之间和系统内部传输速度的瓶颈。利用DSP实现复杂的电气控制算法，提高对字车电机和走纸电机运动的精度控制，从而提高宽幅喷印机的喷印精度。系统还开发了FPGA的时钟同步系统，在上位机获取时间戳并通过FPGA硬件电路矫正晶振频率的动态补偿，实现数控系统的精确时钟同步。FPGA主控部分主要包括USB接口模块、喷印数据处理模块、喷头驱动模块、温度控制模块、驱动电压调整模块、喷印图像存储及纠偏模块与DSP接口模块等7部分。
2.2模组控制单元的数据处理
FPGA接收数据并处理数据，发送数据到喷嘴、电机、相机等数字终端，数据缓冲区则使用多片DDR2，以加快数据传输速度。对输入数据进行分组，基于FPGA内核改变时钟域意味着整个喷墨头的处理在1个时钟周期内实现多目标的同步时钟系统。通过使用VHDL编写的时序程序发送控制字到FPGA的UART接收模块，根据控制字的不同，调整相应的数据，电机模块根据控制字产生相应的脉冲和控制信号，控制喷头电机的启停、方向和速度等数值，利用FPGA实现复杂的逻辑时序的控制信号。事件驱动控制的机电驱动系统也在FPGA实现，由有限状态机（FSM）定义所有可能的实现方向数据。其中，USB接口模块在每批次喷印开始前用于接收计算机发送下来的原始喷印图像，并将存储在外部缓存当中的定位原图像上传至计算机，用于在人机界面上检查初始标定参数是否正确。当喷印过程开始后，USB接口模块用于与计算机交互喷印过程中的实时参数，喷印数据处理模块用于将待喷印图像的像素数据进行拆解，并重新封装成适合喷头喷印的数据格式。喷头驱动模块用于计算时设置的有关喷印参数信息转化为适合喷头喷印的时序，以此时序来精确控制喷头的喷印。温度控制模块用于实时调整并显示喷头的温度，驱动电压调整模块用于实时调整喷头驱动电压的幅值及幅宽，存储喷印图像及工艺MARK参数信息处理，可以保证喷印位置的准确性。利用CycloneIIFPGA的并行执行特点，对2—4排喷嘴的数据进行处理及分配，实现实时喷射控制、装置控制逻辑与状态管理。多排喷嘴的数据收发1次，先将此行像素拆分成奇数像素数据和偶数像素数据，再将这2部分像素以相反的顺序发送至喷头，就能喷印1行完整的像素点矩阵。此时，将首先在存储中开辟一个动态的全局缓存，存放所要喷印的一排像素数据，再为若干个喷头分别开辟单独的缓存区和独立的进程，这些独立的进程将通过一定的交换机制，与其他相关进程进行数据交换，所有与喷头相关的进程完全并行，因此整个过程除了USB数据的接收外，其他部分所消耗的时间只相当于处理一个喷头数据所消耗的时间，从而提高数据处理的速度。
3结语
PLC以其可靠性高、逻辑控制功能强、体积小、适应性强和与计算机接口方便等优势在工业测控领域广泛运用,已大量替代由中间继电器和时间继电器等组成的传统电器控制系统。近年来,PLC技术发展迅猛,新产品层出不穷。高端PLC不仅擅长开关量检测和逻辑控制,而且能够处理模拟信号、进行位置控制和回路控制,还可以连接各种触摸屏人机界面并具有强大的网络功能。高端PLC配备适当的位置控制单元和触摸屏人机界面,并根据计算机集成制造系统(CIMS)或柔性制造系统(FMS)的具体要求,配置相应的网络模块或网络单元,即可实现网络互连,构成开放的数控系统。本文介绍一种基于OMRON高端PLC的磨削数控系统,这种数控系统装备的位置控制单元可以实现两轴联动,并可根据实际需要,任意扩展控制轴数;触摸屏人机界面可以根据操作需要灵活设计;还可通过DeviceNet、ControllerLink和TCP/IP协议单元进行多层次的网络互连。这种数控系统目前已在3MZ2120磨床数控技术改造中获得成功应用。
1.数控系统的开放特征与典型模式
开放式数控系统一般基于PC平台,具有模块化、标准化、平台无关性、可二次开发和适应联网工作等特征。基于PC平台的开放式数控系统目前有3种典型模式。第一种为衍生型(专用NC+PC),在传统CNC中插入专门开发的接口板,使传统的专用CNC带有PC的特点。此种模式是由于数控系统制造商不能在短期内放弃传统的专用CNC技术而产生的折中方案,尚未实现NC内核的开放,只具有初级开放性;第二种为嵌入型(PC+NC控制卡),将基于DSP的高速运动控制卡(NC控制卡)插在PC的标准扩展槽中,由PC机执行各种非实时任务,NC控制卡处理实时任务。是目前基于PC平台的开放式数控系统的主流;第三种为全软件数控系统,PC机不仅能够完成管理等非实时任务,也可以在实时操作系统的支持下,执行实时插补、伺服控制、机床电器控制等实时性任务。这种模式的数控系统实现了NC内核的开放和用户操作界面的开放,可以直接或通过网络运行各种应用软件,是真正意义上的开放式数控系统。与PC平台开放式数控系统相比,基于高端PLC的数控系统的开放性主要体现在网络层面和系统扩充层面。高端PLC采用类似于PC的总线结构和面向操作的梯形图语言编程,模拟量处理单元、位置控制单元、回路控制单元、网络模块或网络单元等高端部件都有专用控制语句,具有系统构建灵活、扩充能力强、应用软件设计便捷等优点。编程语言标准化和部件可互换性的不断增强,现场总线技术和工业以太网络标准的普遍采用,都使基于高端PLC的数控系统变得更加开放,将成为面向CIMS或FMS的设备层的重要组成部分。
2.基于高端PLC的磨削数控系统
2.1开关信号监测与逻辑控制
当前系统输入输出单元是PLC的基本组成部分,在磨削数控系统中承担所有开关信号的监测和全部逻辑控制功能。监测信号主要有:机械手进出、机械手上下、料盘正反转、修整器起落等动作的位置信号,磨削设备和辅助装置上的各种工作状态信号和异常报警信号。系统输出单元控制磨削设备上所有电磁阀和机床电器系统等,通过磨削设备上的液压系统,控制机械手、料盘、工件卡盘、砂轮轴、床身、修整器等基本部件和冷却、、过滤等辅助装置按照磨床动作和磨削工艺要求工作,实现磨削加工过程的自动化。
2.2工件与砂轮运转速度控制
保持工件与砂轮转动速度恒定,对提高磨削加工质量十分有利。为此系统配备了2台带RS-485串口变频器,分别驱动工件轴和砂轮轴。PLC采用联机随动控制保证两者之间速度的配合与稳定。操作人员依据磨削加工要求设定工件轴变频器速度参数,PLC接收该参数后,参照砂轮直径(设定或记忆值)和转动速度比例关系,计算并自动设定砂轮轴变频器的速度参数。在磨削加工过程中,PLC对砂轮在磨削及修整过程中的损耗给予速度自动补偿。PLC最多可以控制32台变频器,不同厂家的变频器可采用协议宏通信联接。PLC按照变频器地址(0-31)、指令代码和相关数据顺序向变频器传送命令,对变频器运行、停止、正转、反转等实施控制;PLC还可以监视变频器运行状态,当变频器发生过电流、过电压、变频器过载、硬件异常、电机过载、过力矩检测、电源异常、通信超时等情况,可将异常参数传输给PLC,由PLC作出相应处理。
2.3位置控制单元(PCU)与位置控
制高端PLC配备单轴位置控制单元,与步进电机或交流伺服电机驱动器配套使用,可以完成开环或半闭环位置控制及速度控制,配备两轴联动位置控制单元可以进行实时插补控制,实现直线和圆弧曲面等加工控制。目前全球各主要PLC制造商都已推出与高端PLC配套的PCU,具备高速和高精度的位置控制功能。OMRON公司的CJ1MCPU自带PCU的位置脉冲速度为1kBPS,高级PCU的速度可达到500kBPS,松下PP2或PP4系列的位置控制速度高达1MBPS。采用高端PLC设计数控系统,需根据控制精度、运行速度和运行轨迹要求选择适合的位置控制单元(PCU)。磨削数控系统控制精度要求较高(F1μm),一般选择数字交流伺服系统。OMRON高端PLC专用高级指令控制脉冲输出,可选择梯形、S形或三角形速度曲线运行,实现定程、点动、返回原点和原点搜索等运动控制。程序设计可选择相对坐标系或绝对坐标系,按照图2所示的梯形图编程运行,可实现各种磨削加工所应遵循的运行曲线。图3表示该数控系统准确实现铁路轴承内套挡边粗、精、光磨削加工和3MZ2120磨床快进、快退几个阶段的速度控制和位置控制的运动轨迹。
2.4触摸屏人机界面设计
基于高端PLC的磨削数控系统可选用触摸屏人机界面(ProgrammableTer2minal,PT),采用组态工具软件和图形库(开关、灯、棒图等)以及动画功能等,按照磨削工艺流程要求进行系统操作界面设计。下面以3MZ2120磨削数控系统操作界面为例介绍设计过程和效果。根据磨削数控操作和显示的需要,该系统主界面下设8个子画面(图4)。系统上电自动进入主界面,核对操作密码后弹出主菜单,在主界面上点击操作可转移相应的子界面。加工参数和修整参数设置界面提供设置数控磨削相关参数提示;手动操作和手动修整界面用于快前、快退、慢前、慢退、返回等手动位置控制和手动修整砂作,为设备调试提供便利;自动报警界面利用触摸屏人机界面本身具有的报警功能设计,对油雾、液压系统、机床电器系统、料槽状态、冷却系统和伺服电机等实施监测和自动报警,当发生故障时触摸屏立刻弹出报警信息(报警时间、故障代码及应对措施等);自动运行界面(图5)采用棒图显示当前磨削余量值;采用动画方式实时显示加工状态和加工位置等。还设有“紧急停车”等应急按钮。PT有RS232/422/485通讯口,能够兼容众多厂家的PLC。人机界面应用程序可脱机编制和调试,然后下载到PT上运行,PLC一般通过RS232接口与PT相连。许多PT还配备并行接口,可直接与打印机连接,实时打印数据或进行屏幕拷贝。
2.5网络结构与联网功能灵活的网络结构和强大的联网功能是高端PLC的重要特征。OMRON高端PLC配有标准RS232接口连接触摸屏人机界面、上位机或编程工作站。还可扩展DeviceNet通信单元,使各种符合DeviceNet通信协议的产品都可以连入系统中,以构成基于DeviceNet开放式现场总线的数控系统;系统与车间管理层计算机及车间其它高端PLC的连接可以采用ControllerLink方式,在PLC中扩展ControllerLink通信单元,车间管理层计算机装备ControllerLink支持卡即可实现互连,由底层DeviceNet设备、基于高端PLC的数控系统或其它测控设备和车间管理层计算机构成3层递阶结构的网络测控系统。高端PLC一般都可配置符合TCP/IP协议标准的以太网单元,全面支持远程监控等应用。
[关键词]数控系统伺服电机直接驱动
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597(2008)0820116－01
近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。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。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。
一、数控机床伺服系统
（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。
（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。
（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。
二、伺服电机控制性能优越
（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。
（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。
（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。
三、伺服电机控制展望
（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。
另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。
（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。
参考文献：
[1]《交流伺服电机控制技术的研究》，中国测试技术，郑列勤，2006.5.
