伺服电机论文参考文献

数控机床的历史、 数控机床的历史、现状及其发展趋势前言在工程训练中心的两周实习， 经过对各项工种的体验， 我深深体会 到了科技的力量。在钳工和车工实习时，劳累三天，就只做出来那么 几件不是很合格的产品；可是在数控车间，一两个小时内，通过编程 可以轻松的做出很多高精度的产品。 这使我对数控机床产生了浓厚兴 趣，所以开始上网浏览关于数控机床的前世今生，增加我对数控机床 的了解。一、数控机床数控机床是数字控制机床 （Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系 统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序， 并将其 译码，从而使机床动作。过去的数控机床经历了一个由单一向多元转 换的一个过程，数控机床的快速发展是整个世界经济、科技发展的重 要体现。数控机床在现代工业中占据着不可替代的位置，与我们生活 的各个方面都有直接或间接的关系。 未来数控机床将会有一个前所未 有的发展， 世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究 和发展.二、数控机床的历史 第一台数控机床的诞生 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。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一 般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949 年， 该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下， 开始数控机床 研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的 三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。 早期的发展历史 1965 年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功 率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机 床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制 的计算机数控系统(简称 CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为 特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的 微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。第五代与第 三代相比， 数控装置的功能扩大了一倍， 而体积则缩小为原来的 1/20， 价格降低了 3/4，可靠性也得到极大的提高。80 年代初，随着计算机 软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控 装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自 动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功 能。三、数控机床的现状 高速化 随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新 材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。 （1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转 速达 200000r/min； （2）进给率：在分辨率为 μm 时，最大进给率达到 240m/min 且 可获得复杂型面的精确加工； （3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方 向发展提供了保障， 开发出 CPU 已发展到 32 位以及 64 位的数控系统， 频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当 分辨率为 μm、μm 时仍能获得高达 24～240m/min 的进给速 度； （4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在 1s 左右，高的已达 。德国 Chiron 公司将刀库设计成篮子样式，以 主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅 。 高精度化 数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度， 机床的 运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。（1）提高 CNC 系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实 现连续进给， CNC 控制单位精细化， 使 并采用高分辨率位置检测装置， 提高位置检测精度（日本已开发装有 106 脉冲/转的内藏位置检测器 的交流伺服电机，其位置检测精度可达到 μm/脉冲），位置伺 服系统采用前馈控制与非线性控制等方法； （2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和 刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补 偿。 研究结果表明， 综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少 60%～ 80%； （3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过 仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度， 使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保 证零件的加工质量。 功能复合化 复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成 品的多种要素加工。 根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型 两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车 削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面 多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。 采用复合机床进行加 工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产 生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产 效率和制造商的市场反应能力， 相对于传统的工序分散的生产方法具 有明显的优势。 加工过程的复合化也导致了机床向模块化、 多轴化发展。 德国 Index 公司最新推出的车削加工中心是模块化结构， 该加工中心能够完成车 削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂 零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联 动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。 在 2005 年中国国际机床展览会（CIMT2005）上，国内外制造商展 出了形式各异的多轴加工机床（包括双主轴、双刀架、9 轴控制等） 以及可实现 4～5 轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣 削中心等。 控制智能化 随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自 动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以 下几个方面： （1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主 轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法 进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定 性状态，并根据这些状态实时调整加工参数（主轴转速、进给速度） 和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工 表面粗糙度并提高设备运行的安全性。 （2）加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件 加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于 模型的“加工参数的智能优化与选择器”， 利用它获得优化的加工参 数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目 的。 （3）智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现 代智能方法实现故障的快速准确定位。 （4）智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息， 对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真， 用以确定错误引 起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验。 （5）智能化交流伺服驱动装置：能自动识别负载，并自动调整参数 的智能化伺服系统， 包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装 置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制 系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。 （6）智能 4M 数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快 速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量（Measurement）、 建模 （Modelling） 加工 、 （Manufacturing） 机器操作 、 （Manipulator） 四者（即 4M）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、 加工、装夹、操作的一体化。 体系开放化（1）向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只 需少量的重新设计和调整， 新一代的通用软硬件资源就可能被现有系 统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系 统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期； （2）向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品 的各种组合以满足特殊应用要求； （3）数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标 准 ISO14649 （STEP-NC） ，以提供一种不依赖于具体系统的中性机制， 能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型， 从而实现整个制造过 程乃至各个工业领域产品信息的标准化。标准化的编程语言，既方便 用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。 驱动并联化 并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、 系统刚度 低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和 机动性不够等固有缺陷，在机床主轴（一般为动平台）与机座（一般 为静平台）之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长 度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动， 可实现多坐标联动数控 加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现 代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。 并联机床作为一种新型的加工设备， 已成为当前机床技术的一个重 要研究方向，受到了国际机床行业的高度重视，被认为是“自发明数 控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21 世纪新一代数控 加工设备”。 极端化(大型化和微型化) 极端化(大型化和微型化) 国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要 大型且性能良好的数控机床的支撑。 而超精密加工技术和微纳米技术 是 21 世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度 的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工(车、铣、磨) 机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在 逐渐增大。 信息交互网络化对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网 通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。 既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培 训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务(数控机床故障的 远程诊断、维护等)。例如，日本 Mazak 公司推出新一代的加工中心 配备了一个称为信息塔(e-Tower)的外部设备，包括计算机、手机、 机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障 报警显示、在线帮助排除故障等功能，是独立的、自主管理的制造单 元。 新型功能部件 为了提高数控机床各方面的性能， 具有高精度和高可靠性的新型功 能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件包括： 高频电主轴：高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积 小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中已经 获得广泛的应用； 直线电动机： 近年来， 直线电动机的应用日益广泛， 虽然其价格高于传统的伺服系统， 但由于负载变化扰动、 热变形补偿、 隔磁和防护等关键技术的应用，机械传动结构得到简化，机床的动态 性能有了提高。如：西门子公司生产的 1FN1 系列三相交流永磁式同 步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机 床以及动态性能和运动精度要求高的机床等； 德国 EX-CELL-O 公司的 XHC 卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机；电滚珠丝杆：电 滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成， 可以大大简化数控机床的 结构，具有传动环节少、结构紧凑等一系列优点。总结纵观数控机床的发展之路， 我们可以清晰的认识到数控的发展他 不仅代表着整个制造业的发展，也代表着整个社会的进步。中国是一 个制造业大国，主要依靠资源、劳动力、价格等方面的优势。而在产 品技术研发和自主创新方面与国外的差距还 是很大。 中国是数控产业 不能安于现状， 应抓住就会努力发展。 数控技术是制造业的核心基础， 是国家工业和国防工业现代化的重要手段，我们要加快发展，力争早 日实现由中国制造向中国创造的转变！参考文献： 参考文献： [1]中国机床工具工业协会 行业发展部.CIMT2001 巡礼［J］.世界制 造技术与装备市场，2001(3)：18-20. [2]梁训王宣 周延佑.机床技术发展的新动向［J］.世界制造技术与 装备市场，2001(3)：21-28. [3]《机械设计与制造工程》2001 年第 30 卷第 1 期 [4]王平.《机电新产品导报》 2005 年第 12 期

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伺服电机的编码器输出信号基本都是差分信号输出，这样可以提高抗干扰能力。

论机电一体化技术的应用及其开展趋向摘要：机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术相互浸透的产物，是机电工业开展的必然趋向。本文简述了机电一体化技术的根本构造组成和主要应用范畴，并指出其开展趋向。关键词：机械工业机电一体化数控模块化 现代科学技术的开展极大地推进了不同窗科的穿插与浸透，惹起了工程范畴的技术改造与反动。在机械工程范畴，由于微电子技术和计算机技术的疾速开展及其向机械工业的浸透所构成的机电一体化，使机械工业的技术构造、产品机构、功用与构成、消费方式及管理体系发作了宏大变化，使工业消费由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的开展阶段。 一、机电一体化的中心技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处置单元和驱动单元等局部组成。因而，为加速推进机电一体化的开展，必需从以下几方面着手： （一） 机械本体技术 机械本体必需从改善性能、减轻质量和进步精度等几方面思索。现代机械产品普通都是以钢铁资料为主，为了减轻质量除了在构造上加以改良，还应思索应用非金属复合资料。只要机械本体减轻了重量，才有可能完成驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量耗费，进步效率。 （二） 传感技术 传感器的问题集中在进步牢靠性、灵活度和准确度方面，进步牢靠性与防干扰有着直接的关系。为了防止电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋向。对外部信息传感器来说，目前主要开展非接触型检测技术。 （三） 信息处置技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处置设备（特别是微型计算机）的提高应用严密相连。为进一步开展机电一体化，必需进步信息处置设备的牢靠性，包括模/数转换设备的牢靠性和分时处置的输入输出的牢靠性，进而进步处置速度，并处理抗干扰及规范化问题。 （四） 驱动技术 电机作为驱动机构已被普遍采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极开展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 （五） 接口技术 为了与计算机停止通讯，必需使数据传送的格式规范化、规格化。接口采用同一规范规格不只有利于信息传送和维修，而且能够简化设计。目前，技术人员正努力于开发低本钱、高速串行的接口，来处理信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、规范化等问题。 （六） 软件技术 软件与硬件必需谐和分歧地开展。为了减少软件的研制本钱，进步消费维修的效率，要逐渐推行软件规范化，包括程序规范化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用范畴 （一） 数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40年的开展，在构造、功用、操作和控制精度上都有疾速进步，详细表如今： 1、 总线式、模块化、紧凑型的构造，即采用多CPU、多主总线的体系构造。 2、 开放性设计，即硬件体系构造和功用模块具有层次性、兼容性、契合接口规范，能最大限度地进步用户的运用效益。 3、 WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和完成二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、含糊控制等智能机制。 4、 大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不只丰厚了数控功用，同时也增强了CNC系统的控制功用。 5、 能完成多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的才能，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 6、 系统的多级网络功用，增强了系统组合及构成复杂加工系统的才能。 7、 以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成构造紧凑的数控安装。 （二） 计算机集成制造系统（CIMS） CIMS的完成不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它突破原有部门之间的界限，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，完成从运营决策、产品开发、消费准备、消费实验到消费运营管理的有机分离。企业集成度的进步能够使各种消费要素之间的配置得到更好的优化，各种消费要素的潜力能够得到更大的发挥。 （三） 柔性制造系统（FMS） 柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它能够随机地、实时地、按量地依照装配部门的请求，消费其才能范围内的任何工件，特别适于多种类、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量消费。 （四） 工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能依据示教停止反复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏顺应性和灵敏性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，经过计算机处置、剖析，做出一定的判别，对动作停止反应控制，表现出低级智能，已开端走向适用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功用，可停止复杂的逻辑思想、判别和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系亲密。 三、机电一体化技术的开展前景 纵观国内外机电一体化的开展现状和高新技术的开展意向，机电一体化将朝着以下几个方向开展： （一） 智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的开展方向。近几年，处置器速度的进步和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法发明了条件，有力地推进着机电一体化产品向智能化方向开展。智能机电一体化产品能够模仿人类智能，具有某种水平的判别推理、逻辑思想和自主决策才能，从而取代制造工程中人的局部脑力劳动。 （二） 系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系构造进一步采用开放式和形式化的总线构造。系统能够灵敏组态，停止恣意的剪裁和组合，同时寻务实现多子系统谐和控制和综合管理。表现特征之二是通讯功用大大增强，普通除RS232等常用通讯方式外，完成远程及多系统通讯联网需求的部分网络正逐步被采用。将来的机电一体化愈加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可依据一些生物体优秀的结构研讨某种新型机体，使其向着生物系统化方向开展。 （三） 微型化 微型机电一体化系统高度交融了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的开展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸普通不超越1cm3，并正向微米、纳米级方向开展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵敏等特性，可进入普通机械无法进入的空间并易于停止精密操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等范畴，都有宽广的应用前景。目前，应用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 （四） 模块化 模块化也是机电一体化产品的一个开展趋向，是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产种类类和消费厂家繁多，研制和开发具有规范机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需求制定一系列规范，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品消费企业可应用规范单元疾速开发新产品，同时也能够不时扩展消费范围。 （五） 网络化 网络技术的飞速开展对机电一体化有严重影响，使其朝着网络化方向开展。机电一体化产品的品种很多，面向网络的方式也不同。由于网络的提高，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备自身就是机电一体化产品。 （六 ） 绿色化 工业的兴旺使人们物质丰厚、生活温馨的同时也使资源减少，生态环境遭到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时期的趋向，其目的是使产品从设计、制造、包装、运输、运用到报废处置的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，资源应用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指运用时不污染生态环境，报废时能回收应用。绿色制造业是现代制造业的可持续开展形式。 综上所述，机电一体化技术是众多科学技术开展的结晶，是社会消费力开展到一定阶段的必然请求。它促使机械工业发作战略性的革新，使传统的机械设计办法和设计概念发作着反动性的变化。鼎力开展新一代机电一体化产品，不只是改造传统机械设备的请求，而且是推进机械产品更新换代和开拓新范畴、开展与复兴机械工业的殊途同归。 【参考文献】： 1、 李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003. 2、 芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004. 3、 王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].根底自动化,2006(6). 4、 章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的开展与应用[J].农机化研讨,2006(7). 5、梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的开展及应用[J].科技资讯,2007(9).