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工业机器人已成为智能制造和工业自动化的关键技术

供稿:中国工控网 2016/5/11 16:20:40

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  • 关键词: 工业机器人 智能制造 工业自动化
  • 摘要:智能化是集信息技术、系统控制技术、电子技术、光电子技术、通信技术、传感技术、软件技术和专家系统等为一体,实现扩展或替代脑力劳动为目的的高层次的控制技术,是实现数字化工厂的重要技术基础。

各类的工业机器人以及与机床集成应用的例子都充分展示工业机器人应势而生、新军突起、迅速发展的现状,以及与数控机床结合带来所的技术优势和市场前景。数控技术是先进制造技术的核心技术,它的整体水平标志着一个国家产业现代化的水平和综合国力的强弱,具有超越其经济价值的战略物资地位。我们要成为机床强国,还有一段很长的路要走。  

一方面,机床工具作为装备制造的母机,是能源装备制造产业升级的根本保障。另一方面,能源装备行业又对机床业有很强的拉动效应,可以帮助机床行业实现产业结构优化和升级。行业专家罗百辉表示,在能源装备等重要行业的支撑下,国内机床行业的产业结构和产品结构已出现了一些可喜的发展趋势:如,生产线制造技术和应用领域取得新进展;作为制造业装备量大面广的主要机种之一,加工中心在功能上向复合化发展,在性能上向高速、精密化发展;精密机床进入微纳时代;智能技术获得广泛应用;工业机器人产业快速发展,成为智能制造和工业自动化的关键技术和重要产品。  

随着改革的深入,多种经济成份并存的格局已经形成,机床工具行业呈现了快速发展的好形势,已经开始进入发展速度与经济运行质量同步增长的新阶段,并为我国由机床制造大国向机床制造强国迈进创造了良好的基础。机床工具行业竞争力分析具体进步表现是:1、产值产量高速增长,经济效益明显提高。2、数控机床的发展速度高于行业的平均增长速度。  

宏观经济不景气,机床企业利润不断被压缩,特别是劳动密集型企业面临着前所未有的压力。加强设备自动化改造,提高生产自动化程度,减小劳动强度,改善作业环境,已经成为制造业的普遍共识。  

从国际环境看,世界范围内经济社会发展格局正在不断变革,既孕育着巨大的机遇,也伴随着严峻的挑战,给我国机床工业转型升级带来了深刻影响。从国内环境看,我国机床工业发展的基础条件、内在动力和长期向好趋势没有根本改变,但传统发展模式面临诸多挑战,机床工业结构优化和转型升级势在必行。  

在“十二五”规划中,改变经济发展模式仍然是重点,提高自动化制造水平则是实现途径,未来5年,自动化将迎来大发展。随着机床工业自动化产业的繁荣发展,我国产业结构升级和技术进步将拥有更加充足的动力和更加多元的选择,从而加速实现由主要依靠规模增长的传统工业化道路向主要依靠技术进步和可持续发展的新型工业化道路转变。  

在机床产品,尤其是高端机床产品中,自动化技术与产品几乎作用于从控制机构、执行机构到测量与反馈机构的各个部分,而目前这些应用于机床及机床生产线的各种自动化产品,几乎都在发生着推陈出新的变革。作为中高端机床的控制中心,数控系统包含了运动控制、智能技术、自诊断等多方面的技术,多轴多系统的数控装置已纷纷被研发出来并投入应用;伺服系统的控制方式,也逐渐由常规信号型向总线型过渡;伺服驱动器和电机也同样向数字化、交流化和智能化的方向不断发展。  

在这方面,很多前沿的自动化技术趋势也纷纷展现出来。例如直线电机、力矩电机的应用就是一个很好的例子。马扎克、森精机大部分规格的龙门式导轨已经不再采用滚动导轨,而改用直线电机,thk的直线电机在3000n负荷下,已经能达到720m/min的速度,这不能不说是一个突破。而力矩电机以前只能用在小规格机床上,现在已经可以应用于越来越大规格的机床。以上这些技术的成熟,也在不断地促进着机床性能的提升。      

近年来,随着高能低价永磁体的开发和性能的不断提高,使得采用永磁同步调速电动机的交流同步伺服系统的性能日益突出,为解决交流异步伺服存在的问题带来了希望。与采用矢量控制的异步伺服相比,永磁同步电动机转子温度低,轴向连接位置精度高,要求的冷却条件不高,对机床环境的温度影响小,容易达到极小的低限速度。  

即使在低限速度下,也可作恒转矩运行,特别适合强力切削加工。同时其转矩密度高,转动惯量小,动态响应特性好,特别适合高生产率运行。较容易达到很高的调速比,允许同一机床主轴具有多种加工能力,既可以加工像铝一样的低硬度材料,也可以加工很硬很脆的合金,为机床进行最优切削创造了条件。  

目前,在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统,有三种类型:模拟形式、数字形式和软件形式。模拟伺服用途单一,只接收模拟信号,位置控制通常由上位机实现。  

数字伺服可实现一机多用,如做速度、力矩、位置控制。可接收模拟指令和脉冲指令,各种参数均以数字方式设定,稳定性好。具有较丰富的自诊断、报警功能。  

软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统。其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。使用时可由用户设定代码与相关的数据即自动进入工作状态。配有数字接口,改变工作方式、更换电动机规格时,只需重设代码即可,故也称万能伺服。  

交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位,并随着新技术的发展而不断完善,具体体现在三个方面。  

一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展,智能化功率模块得到普及与应用;二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟,将促进先进控制算法的应用;三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟,将使基于网络的伺服控制成为可能。  

围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高,近年来发展了多种伺服驱动技术。山社电机供应的MOONS集成式步进伺服电机TSM系列,创新性地将伺服控制技术融入步进电机之中,革命性地创造出具有全新优异性能表现的一体化运动控制终端。尤其TSM系列是集成式步进伺服电机第三代产品,集成式电机、一体化终端;智能型、内藏运动控制器;总线控制,多轴网络通讯;加强型电机、长寿命设计;高效率、高精度、高响应;低振动、低噪音、低发热等优异特性。  

由此可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展,具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热点,并成为伺服系统的发展方向。       


审核编辑(王静)
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