1.機(jī)床行業(yè)概況
2013年，中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)延續(xù)了兩年來(lái)的總體下行趨勢(shì)，市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化。全球經(jīng)濟(jì)再平衡和中國(guó)經(jīng)濟(jì)增速放緩的大環(huán)境，對(duì)機(jī)床工具行業(yè)產(chǎn)生了全面而深刻的影響，過(guò)去10余年賴(lài)以高速發(fā)展的增長(zhǎng)要素發(fā)生了深刻變化。特別是今年以來(lái)，行業(yè)發(fā)展在結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級(jí)方面的特征愈加明顯。
進(jìn)入2013年后，中國(guó)機(jī)床工具產(chǎn)品進(jìn)口額出現(xiàn)兩位數(shù)下滑。前3季度，機(jī)床工具產(chǎn)品累計(jì)進(jìn)口額同比下降19.3%，其中金屬加工機(jī)床進(jìn)口額同比下降24.0%。金屬加工機(jī)床中，金切機(jī)床進(jìn)口額同比下降25.7%。這是除受全球金融危機(jī)影響的2009年外，機(jī)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(shí)，近兩年來(lái)我國(guó)進(jìn)口機(jī)床工具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也發(fā)生諸多明顯變化，對(duì)高精、高速、高效、智能型中高檔數(shù)控機(jī)床的需求明顯增加。盡管市場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，一批企業(yè)通過(guò)在創(chuàng)新和服務(wù)等方面的扎實(shí)努力取得了階段性成果。
圖表 ：2013年1-12月中國(guó)金屬切削機(jī)床與數(shù)控金屬切削機(jī)床產(chǎn)量（單位：萬(wàn)臺(tái)）
數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局
2013年機(jī)床產(chǎn)量延續(xù)了2012年產(chǎn)量持續(xù)下降趨勢(shì)，但降幅逐月收窄。2013年1—12月金屬切削機(jī)床產(chǎn)量72.59萬(wàn)臺(tái)，同比下降1.54%，其中數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量20.93萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)2.16%，從趨勢(shì)看，2013年下半年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增幅高于金切機(jī)床增幅，主要受上年基數(shù)影響。
2012年我國(guó)刀具市場(chǎng)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(xiàng)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(lái)看進(jìn)口刀具呈下降趨勢(shì)。
在全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇乏力、中國(guó)機(jī)床工具市場(chǎng)處于緩慢下行的大背景中，眾多外資企業(yè)卻加緊在中國(guó)市場(chǎng)的布局。2013年，山崎馬扎克大連新工廠竣工投產(chǎn)，森精機(jī)公司天津工廠開(kāi)業(yè)，德國(guó)通快集團(tuán)以72%的大股份收購(gòu)了我國(guó)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(shuō)明外企對(duì)未來(lái)中國(guó)市場(chǎng)更加重視，另一方面也預(yù)示著國(guó)內(nèi)中高端機(jī)床市場(chǎng)將面臨更為激烈的競(jìng)爭(zhēng)。
再來(lái)看一下進(jìn)出口數(shù)據(jù)，2013年金屬加工機(jī)床進(jìn)口73733臺(tái)、100.15億美元，金額同比下降 25.37%，平均進(jìn)口單價(jià)為13.58萬(wàn)美元。其中，加工中心進(jìn)口20741臺(tái)、33.82億美元，金額同比下降 40.14%;數(shù)控機(jī)床進(jìn)口15937臺(tái)、41.69億美元，金額同比下降11.71%。
2013年1-11月，全國(guó)機(jī)床工具行業(yè)累計(jì)完成出口交貨值401.45億元，累計(jì)同比下降6.65%，低于上月累計(jì)增速0.89個(gè)百分點(diǎn)。分類(lèi)別看，累計(jì)下降明顯的為其他專(zhuān)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(jì)同比分別下降22.24%、18.79%，不過(guò)降幅較上月統(tǒng)計(jì)明顯收窄。累計(jì)同比漲幅較大的為金屬成形機(jī)床制造行業(yè)，累計(jì)同比增長(zhǎng)12.72%，但也明顯低于1-10月統(tǒng)計(jì)的累計(jì)同比增速20.7%。
以上數(shù)據(jù)充分顯示出中國(guó)機(jī)床工具市場(chǎng)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(jī)床工具趨向于高端產(chǎn)品。
2.伺服產(chǎn)品在機(jī)床行業(yè)中的應(yīng)用
機(jī)床是將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，其所擔(dān)負(fù)的加工工作量占機(jī)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(jī)床加工機(jī)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(huì)用到機(jī)床進(jìn)行加工處理。
機(jī)床種類(lèi)很多，一般分為普通機(jī)床、精密機(jī)床、高精度機(jī)床、數(shù)控機(jī)床等。不過(guò)大多由以下幾個(gè)部件組成：支承部件、變速機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架刀庫(kù)、控制和操縱系統(tǒng)、潤(rùn)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(shí)現(xiàn)微量調(diào)速進(jìn)給及對(duì)刀功能，因此非常適合在強(qiáng)力龍門(mén)銑床的進(jìn)給軸上做單軸控制。
機(jī)床的X、Y、Z、W、V軸分別由五臺(tái)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(jī)床的手動(dòng)脈沖發(fā)生器，通過(guò)軸選通信號(hào)分別接到五臺(tái)伺服控制器外部信號(hào)輸入口，控制各軸的進(jìn)給和定位。
在銑床上，通過(guò)應(yīng)用伺服控制器的接口編程可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的各種復(fù)雜控制，同時(shí)在PLC程序中加人了電機(jī)掉電延時(shí)程序，可保證在抱閘完全閉合后電機(jī)再掉電，解決了z軸的下墜問(wèn)題；此外，橫梁下降時(shí)，由于兩根絲杠的不平衡導(dǎo)致橫梁傾斜問(wèn)題，這就需要橫梁反向運(yùn)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(shí)都自動(dòng)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(wèn)題。
通過(guò)使用伺服系統(tǒng)，可提升強(qiáng)力龍門(mén)銑的整體檔次，且它線路簡(jiǎn)單，操作方便，系統(tǒng)的可靠性高，功能強(qiáng)，精度高，修改與維修方便，經(jīng)濟(jì)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(jī)床上的應(yīng)用
臥式數(shù)控機(jī)床由CNC控制器，伺服驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、電器柜和數(shù)控機(jī)床的機(jī)架四部分組成。其工作原理是：通過(guò)CNC內(nèi)配置的專(zhuān)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(lái)，把這些信息轉(zhuǎn)化成能使驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的帶有功率的信號(hào)（脈沖串），控制伺服電機(jī)帶動(dòng)相應(yīng)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡。同時(shí)，刀架上配有數(shù)控車(chē)刀，通過(guò)按加工材質(zhì)配置相應(yīng)的刀具，對(duì)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(jī)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(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。由于數(shù)控機(jī)床對(duì)產(chǎn)品加工時(shí)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(jī)床上使用的伺服控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)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(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)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(dòng)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(gè)速度范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩，主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩，在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。
在機(jī)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(lèi)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(hào)，位置控制通常由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字伺服可實(shí)現(xiàn)一機(jī)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(bào)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(jī)的監(jiān)控程序以軟件實(shí)現(xiàn)。使用時(shí)可由用戶(hù)設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動(dòng)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(dòng)機(jī)規(guī)格時(shí)，只需重設(shè)代碼即可，故也稱(chēng)萬(wàn)能伺服。
交流伺服已占據(jù)了機(jī)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(gè)方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)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(tái)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(chǎng)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(jī)床行業(yè)，國(guó)內(nèi)外眾多廠商都有該行業(yè)的伺服產(chǎn)品，其中國(guó)外的西門(mén)子、博世力士樂(lè)，國(guó)內(nèi)的匯川、東菱、臺(tái)達(dá)等產(chǎn)品在2013年的市場(chǎng)表現(xiàn)較好。
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