自上世紀(jì)50年代以來(lái)，世界 閥門(mén)專(zhuān)機(jī)主要經(jīng)歷了數(shù)控NC(Numerical Control)和計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC( ComputerNumerical Control ) 2個(gè)階段。數(shù)控NC階段主要經(jīng)歷了以下3代：第1代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代初年，系統(tǒng)全部采用電子管元件，邏輯運(yùn)算與控制采用硬件電路完成。第2代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)為標(biāo)志。第3代數(shù)控系統(tǒng)，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使其體積變小、功耗降低，性提高，推動(dòng)了數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段也經(jīng)歷了3代：第4代數(shù)控系統(tǒng)，始于70年代，當(dāng)采用小型計(jì)算機(jī)的CNC裝置在芝加哥展覽會(huì)上露面時(shí)，標(biāo)志著CNC技術(shù)的問(wèn)世；第5代數(shù)控系統(tǒng)，始于70年代后期，中、大規(guī)模集成電路技術(shù)取得成就，促使廉、體積小、集成度、工作的微處理器芯片的產(chǎn)生，并逐步應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)；第6代數(shù)控系統(tǒng)，始于90年代初，受通用微機(jī)技術(shù)發(fā)展的影響，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以個(gè)人計(jì)算機(jī)((PC)為基礎(chǔ)，向著開(kāi)放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面進(jìn)一步發(fā)展。數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。其中進(jìn)給伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，其性能是 決定數(shù)控機(jī)床加工性能的重要的技術(shù)指標(biāo)。因此提高進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的品質(zhì)是 人們始終追求的目標(biāo)。接下來(lái)主要介紹一下進(jìn)給伺服系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程。
1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)
進(jìn)給伺服系統(tǒng)是 以運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是 一個(gè)很典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動(dòng)元件(電機(jī))、檢測(cè)與反饋單元和機(jī)械執(zhí)行部件幾個(gè)部分組成。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動(dòng)機(jī)的不同，進(jìn)給伺服系統(tǒng)分為4大類(lèi)伺服系統(tǒng)：步進(jìn)伺服系統(tǒng)，直流伺服系統(tǒng)，交流伺服系統(tǒng)，直線(xiàn)伺服系統(tǒng)步進(jìn)伺服系統(tǒng)。在20世紀(jì)60年代以前，步進(jìn)伺服系統(tǒng)是 以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓伺服電動(dòng)機(jī)或是 以功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)為特征，伺服系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制。步進(jìn)伺服系統(tǒng)接受脈沖信號(hào)，它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過(guò)的角度取決于指令脈沖的頻率或個(gè)數(shù)。由于沒(méi)有檢測(cè)和反饋環(huán)節(jié)，步進(jìn)電機(jī)的精度取決于步距角的精度，齒輪傳動(dòng)間隙等，所以它的精度較低。而且步進(jìn)電機(jī)在低頻時(shí)易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，它的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降。又由于步進(jìn)伺服系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大時(shí)易出現(xiàn)“丟步”或“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高容易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象。另外步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要的時(shí)間也較長(zhǎng)，速度響應(yīng)較慢。但是 由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)整、工作、價(jià)格較低的特點(diǎn)，在許多要求不高的場(chǎng)合還是 可以應(yīng)用的。
60一70年代后，數(shù)控系統(tǒng)大多采用直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能。輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載，伺服系統(tǒng)也由開(kāi)環(huán)控制發(fā)展為閉環(huán)控制，因而在工業(yè)及相關(guān)獲得了廣泛的運(yùn)用。但是 ，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，其相應(yīng)設(shè)備如數(shù)控機(jī)床、三面數(shù)控鏜孔機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等對(duì)電伺服系統(tǒng)提出越來(lái)越高的要求，尤其是 精度、性等性能。而傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)采用的是 機(jī)械式換向器，在應(yīng)用過(guò)程中面臨很多問(wèn)題，如電刷和換向器易磨損，維護(hù)工作量大，成本高；換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電機(jī)的較高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制；直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對(duì)其他設(shè)備易產(chǎn)生干擾。
交流伺服系統(tǒng)針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，人們一直在努力尋求以交流伺服電動(dòng)機(jī)取代具械換向器和電刷的直流伺服電動(dòng)機(jī)的方法，以滿(mǎn)足各種應(yīng)用，尤其是 、伺服驅(qū)動(dòng)的需要。但是 由于交流電機(jī)具有強(qiáng)禍合、非線(xiàn)性的特性，控制非常復(fù)雜，所以運(yùn)用一直受到局限自80年代以來(lái)，隨著電子電力等各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，特別是 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，在矢量控制算法方面的突破，原來(lái)一直困擾著交流電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題得以解決，交流伺服發(fā)展越來(lái)越快直線(xiàn)伺服系統(tǒng)永磁同步直線(xiàn)電機(jī)在推力、動(dòng)態(tài)性能、定位精度方面比其他直線(xiàn)電機(jī)優(yōu)越性，因而越來(lái)越多的用于直線(xiàn)伺服系統(tǒng)中。但由于直線(xiàn)伺服系統(tǒng)存在很大的參數(shù)攝動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)，此外還存在“邊端效應(yīng)”等問(wèn)題，因此，采用傳統(tǒng)的比例或比例積分位置調(diào)節(jié)器的矢量控制系統(tǒng)很難滿(mǎn)足伺服系統(tǒng)的要求。
2、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與導(dǎo)軌組成。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的作用就是 產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿(mǎn)足不同的加工條件要求。主傳動(dòng)系統(tǒng)組成包括主軸電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸組件等。其中動(dòng)力源部分包括：電機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)包括：定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、變速裝置；運(yùn)動(dòng)控制裝置包括：離合器、制動(dòng)器；執(zhí)行件包括：主軸等。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是 以刀具與工件相對(duì)位置關(guān)系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置精度都受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是 數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對(duì)象。對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)，還要在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的末端加上位置檢測(cè)系統(tǒng)，并將測(cè)量的實(shí)際位移反饋到控制系統(tǒng)中，以使運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的作用：按照數(shù)控裝置的指令做回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給。導(dǎo)軌的作用：起導(dǎo)向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對(duì)機(jī)床的加工精度和承載能力有直接影響。為了數(shù)控機(jī)床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的、良好的低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，同時(shí)應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造、調(diào)整和維護(hù)。數(shù)控機(jī)床常用的導(dǎo)軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。在數(shù)控機(jī)床上常用的滑動(dòng)導(dǎo)軌有液體靜壓導(dǎo)軌、氣體靜壓導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌。
1)液體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)軌工作面間通人具有壓力的潤(rùn)滑油，形成靜壓油膜，使導(dǎo)軌工作面間處于純液態(tài)摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)，多用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。
2)氣體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)軌工作面間通人具有恒定壓力的氣體，使兩導(dǎo)軌面形成均勻分離，以的運(yùn)動(dòng)這種導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，不易引起發(fā)熱變形，但會(huì)隨空氣壓力波動(dòng)而使空氣膜發(fā)生變化，且承載能力小，故常用于負(fù)荷不大的場(chǎng)合。
3)貼塑導(dǎo)軌：在動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學(xué)材料組成的塑料薄膜軟帶，其優(yōu)點(diǎn)是 導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)低，且動(dòng)靜摩擦系數(shù)接近，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；塑料的阻尼性能好，具有吸收振動(dòng)能力，可減小振動(dòng)和噪聲；、化學(xué)穩(wěn)定性、可加工性能好；工藝簡(jiǎn)單、成本低。滾動(dòng)導(dǎo)軌的較大優(yōu)點(diǎn)是 摩擦系數(shù)很小，一般為0.0025一0.005，比貼塑料導(dǎo)軌還小很多，且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近，因而運(yùn)動(dòng)輕便靈活，在很低的運(yùn)動(dòng)速度下都不出現(xiàn)爬行，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，位移精度和定位。滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是 抗振性差，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。近年來(lái)數(shù)控機(jī)床愈來(lái)愈多地采用由廠(chǎng)家生產(chǎn)的直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副或滾動(dòng)導(dǎo)軌塊。這種導(dǎo)軌組件本身制造精度很高，對(duì)機(jī)床的安裝基面要求不高，安裝、調(diào)整都非常方便。
