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直线电机控制系统是一种广泛应用于工业自动化领域的控制系统。它基于直线电机的工作原理和特点，通过采用合适的控制策略来实现精准的位置和速度控制。
直线电机是一种将电能转化为机械能的装置，其特点是结构简单、体积小、响应快、稳定性好等。直线电机控制系统的关键是要能准确地控制直线电机的位移和速度。为了实现这一目标，可以采用几种常见的控制策略。
其中一种常见的控制策略是位置控制。通过给定一个特定的位置指令，控制系统可以将直线电机移动到指定的位置。位置控制可以采用反馈控制方法，通过传感器获取直线电机的实际位移信息，并与目标位置进行比较，从而实现闭环控制。也可以采用开环控制方法，根据直线电机的特性和运动模型，计算出合适的输入信号，直接驱动直线电机到达目标位置。
速度控制也是直线电机控制系统的另一个重要策略。速度控制可以用于调节直线电机的运动速度，以满足不同工况的要求。速度控制可以采用PID控制方法，通过调节输出信号的比例、积分和微分参数，实现对直线电机速度的精确控制。也可以根据实际需要，采用模糊控制、神经网络控制等先进控制方法，以获取更好的控制性能。
直线电机控制系统还可以采用力控制策略。通过测量直线电机的输出力，控制系统可以按照设定的力指令，调节直线电机的输出力大小，实现对物体的精细控制。
总结来说，直线电机控制系统的控制策略包括位置控制、速度控制和力控制等。这些控制策略可以根据实际需求进行选择和组合，以实现对直线电机的精确控制。随着工业自动化的不断发展，直线电机控制系统将在更多领域发挥重要作用，为生产过程提供更高的效率和精度。
直线电机控制系统（直线电机控制系统的控制策略）
直线电机的工作原理：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。
如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。直线电机的驱动控制技术一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。
随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直线电机的控制方法越来越多。直线电机的应用：
直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。
随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求。
直线电机主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。
高速磁悬浮列车 磁悬浮列车是直线电机实际应用的最典型的例子，美、英、日、法、德、加拿大等国都在研制直线悬浮列车，其中日本进展最快。
直线电机控制系统的框图模型
SMT贴片机工作原理介绍
表面贴装技术(Surface mountingTechnology，简称SMT)由于其组装密度高及良好的自动化生产性而得到高速发展并在电路组装生产中被广泛应用。SMT是第四代电子装联技术，其优点是元器件安装密度高，易于实现自动化和提高生产效率，降低成本。SMT生产线由丝网印刷、贴装元件及再流焊三个过程构成，如图1所示。其中SMC／SMD(surfacemount component／Surface mountdevice，片式电子元件／器件)的贴装是整个表面贴装工艺的重要组成部分，它所涉及到的问题较其它工序更复杂，难度更大，同时片式电子元件贴装设备在整个设备投资中也最大。目前随着电子产品向便携式、小型化方向发展，相应的SMC／SMD也向小型化发展，但同时为满足IC芯片多功能的要求，而采用了多引线和细间距。小型化指的是贴装元件的外形尺寸小型化，它所经历的进程：3225→3216→2520→2125→1608→1003→1603→0402→0201。贴装QFP的引脚间距从1．27→0．635→0．5→0．4→0．3mm将向更细间距发展，但由于受元件引线框架加工速度的限制，QFP间距极限为0．3mm，因此为了满足高密度封装的需求，出现了比QFP性能优越的BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip SizePackage)、COB(Chip On Board)裸芯片及Flip Chip。
片式电子元件贴装设备(通称贴片机)作为电子产业的关键设备之一，采用全自动贴片技术，能有效提高生产效率，降低制造成本。随着电子元件日益小型化以及电子器件多引脚、细间距的趋势，对贴片机的精度与速度要求越来越高，但精度与速度是需要折衷考虑的，一般高速贴片机的高速往往是以牺牲精度为代价的。
2 贴片机的工作原理
贴片机实际上是一种精密的工业机器人，是机-电-光以及计算机控制技术的综合体。它通过吸取-位移-定位-放置等功能，在不损伤元件和印制电路板的情况下，实现了将SMC／SMD元件快速而准确地贴装到PCB板所指定的焊盘位置上。元件的对中有机械对中、激光对中、视觉对中3种方式。贴片机由机架、x-y运动机构(滚珠丝杆、直线导轨、驱动电机)、贴装头、元器件供料器、PCB承载机构、器件对中检测装置、计算机控制系统组成，整机的运动主要由x-y运动机构来实现，通过滚珠丝杆传递动力、由滚动直线导轨运动副实现定向的运动，这样的传动形式不仅其自身的运动阻力小、结构紧凑，而且较高的运动精度有力地保证了各元件的贴装位置精度。
贴片机在重要部件如贴装主轴、动／静镜头、吸嘴座、送料器上进行了Mark标识。机器视觉能自动求出这些Mark中心系统坐标，建立贴片机系统坐标系和PCB、贴装元件坐标系之间的转换关系，计算得出贴片机的运动精确坐标；贴装头根据导入的贴装元件的封装类型、元件编号等参数到相应的位置抓取吸嘴、吸取元件；静镜头依照视觉处理程序对吸取元件进行检测、识别与对中；对中完成后贴装头将元件贴装到PCB上预定的位置。这一系列元件识别、对中、检测和贴装的动作都是工控机根据相应指令获取相关的数据后指令控制系统自动完成。贴片机的工作流程框图如图2所示。3 贴片机的结构形式
按照贴装头系统与PCB板运载系统以及送料系统的运动情况，贴片机大致可分为3种类型：转塔式(turret-style)(如图3)、模块型(parallel-style)(如图4)和框架式(gantry-style)。而框架式贴片机又根据贴装头在框架上的布置情况可以细分为动臂式(如图5)、垂直旋转式(如图6)、平行旋转式(如图7)。转塔式贴片机也称为射片机，以高速为特征，它的基本工作原理为：搭载送料器的平台在贴片机左右方向不断移动，将装有待吸取元件的送料器移动到吸取位置。PCB沿x-y方向运行，使PCB精确地定位于规定的贴片位置，而贴片机核心的转塔在多点处携带着元件，在运动过程中实施视觉检测，并进行旋转校正。转塔式贴片机中的转塔技术是日本SANYO公司的专利，目前将此技术运用得比较成功的有Panasert公司的转塔式贴片机系列(最早推出的是MK系列，然后发展到MV系列，现在主推机型是MSR系列)，FUJI公司的CP系列(现在最新的是CP7系列)。
框架型贴片机的送料器和PCB是固定不动的，它通过移动安装于x-y运动框架中的贴装头(一般是装在x轴横梁上)，进行吸取和贴片动作。此结构的贴装精度取决于定位轴x、y和θ的精度。
尽管都采用了框架型结构，但由于贴装头的不同形式，可以将这种款式的贴片机分成3种，一种是Samsung、YAMAHA、Mirea等厂商主推的动臂式，还有一种是SiemensDematic主推的垂直旋转式，第三种是SONY主推的平行旋转式。
框架型贴片机可以采用增加横梁／悬臂(也是增加贴装头)的方式达到增加贴装速度的目的。这种结构贴片机的基本原理是当一个贴装头在吸取元件时，另外一个贴装头去贴装元件。
模块型贴片机可以看成是由很多个小框架型贴片机并联组合在一起而形成的一台组合式贴片机。目前世界上只有Assembleon(原来是PHILIPS)公司的FCM机型和FUJI公司新推出的NXT机型用到了此种技术。
模块型贴片机使用一系列小的单独的贴装单元。每个单元有自己独立的x-y一z运动系统，安装有独立的贴装头和元件对中系统。每个贴装头可从有限的带式送料器上吸取元件，贴装PCB的一部分，PCB以固定的间隔时间在机器内步步推进。每个独立单元往往只有一个吸嘴，这样每个贴装单元的贴装速度就比较慢，但是将所有的贴装单元加起来，可以达到极高的产量。
下面对这几种类型贴片机的性能进行综合比较，见表1。(1)贴装速度
速度一直是转塔型贴片机的优势，但随着技术的发展，新型贴片机的不断推出，框架型贴片机和模块型贴片机有几种新机型的贴装速度已经超越了新型的转塔型贴片机。这从不同类型贴片机的性能参数表中可以看出。(2)贴装精度
随着微型元件和密间距元件的广泛应用，现在的电子产品在贴装精度方面对贴片机提出了更高的要求。几年以前，行业内可接受的精度标准还是0．1mm(chip元件)和0．05 mm(IC元件)。目前这个标准已经有缩减到0．05 mm(chip元件)和0．025mm(IC元件)的趋势。
目前的转塔型贴片机已经很难超越0．05mm的精度等级，最好的转塔型贴片机也只能刚好达到这个精度。而最先进的框架型贴装系统可以达到4σ、25μm的精度。而达到此能力的机器贴装速度都不太高。(3)可贴装元件范围转塔型贴片机受送料方式影响，只能贴装带式包装或散料包装的元件，而管料和盘料就无法进行贴装，即使它的视觉系统可以处理这些元件。密间距的元件一般都是采用盘料包装形式，因此转塔型贴片机在这项指标上是最弱的。而且受机械结构的限制，基本少有改进的余地。4 贴片机x一y运动机构
x-y运动机构的功能是驱动贴装头在x轴和y轴两个方向做往复运动，使贴装头能够快速、准确、平稳地到达指定位置。
目前贴片机上的x-y运动机构有几种不同的构成方式，分别是由滚珠丝杠+直线导轨传动的伺服电机驱动方式；由同步齿形带+直线导轨传动的伺服电机驱动方式；直线电机驱动方式。
这几种驱动方式在结构上都是类似的，都需要直线导轨做导向，只是在传动方式存在差异。
下面主要介绍由滚珠丝杠+直线导轨传动的伺服电机驱动方式。
图8所示为一个基本的贴片机x-y运动机构，x轴伺服电机利用安装于横梁上的滚珠丝杠和直线导轨驱动贴装头在x轴方向运动，y轴伺服电机利用安装于机架上的滚珠丝杠和直线导轨驱动整个横梁在y轴方向运动。这两个运动结合在一起就形成了一个驱动贴装头在x-y平面内高速运动的x-y运动机构。
在y轴方向，由于要驱动一个有一定长度的横梁，必然要把横梁的两端安装到固定的直线导轨上，两根导轨之间有一定的跨度，而电机及传动滚珠丝杠不可能安装于两根导轨的正中间位置，只能安装于靠近一侧导轨的内侧。当贴装头的重量和横梁的跨度达到一个较大的值时，贴装头在远离电机一端的导轨近处的移动会在y轴滚珠丝杠与横梁的结合处产生一个很难平衡的角摆力矩，y轴的加减速和定位性能会受到较大的影响。为减轻此不利因素，现在很多贴片机在y轴采用了双电机驱动模式，如图9所示。采用双电机驱动模式，两个电机同步协调驱动横梁移动，提高了定位稳定性，减少了定位时间，从而提高了y轴的速度和精度。
为了在单台贴片机上达到更高的贴片速度，现在的高速贴片机都采用了双横梁／双贴装头的技术，如图10、图11所示。图10是YAMAHA开发的框架式机型，x横梁系统沿y向运动，x横梁两侧分别装有两贴装头。每个贴装头能分别从x横梁两侧的取料站拾取元件并贴装。而PCB板可以在x、y平面内移动。
图11是YAMAHA图10机型的改进型，它采用了双X横梁双贴装头结构。这种结构的贴片机在送板机构两侧有2个x横梁与双贴装头系统，同时两侧都有取料站与贴装区，两侧的系统都能完成各自的取料与贴装。
贴片机对速度和精度的要求很高。1个贴装循环(就是贴片机完成1次取料贴片动作)，包含贴装主轴吸取元件的时间、移动到静镜头的时间、静镜头摄像的时间、移动到贴装位置的时间、校正元件偏移的时间、贴装主轴贴装元件的时间，这所有时间的总和要达到1～2s。当贴片机每个贴装头上的吸嘴数目较少(3个以下)时，x-y运动机构驱动贴装头移动时间的长短就成了影响贴装速度的关键因素。为了达到高速贴装的要求，x，y向要以1．25m／s或更高的速度运动，还要有较大的加、减速度(1g～2g），提速与制动的时间要尽量短。这样贴片机就不可能像数控机床那样把运动部件做得非常坚固、笨重，而要像小轿车、飞机那样尽可能的减轻高速运动部件的质量和惯量，达到足够的运动定位精度和尽可能高的加、减速性能，在这2者之中优选，实现最佳惯量匹配。
5 国内外贴片机性能研究
国外的贴片机研制技术一直走在前列，如日本的松下、雅马哈、富士，韩国的三星，德国的西门子，美国的环球，荷兰的飞利浦等都已开发出非常成熟的产品系列[3]。
美国乔治亚州理工学院的D．A．Bodner，M．Damrau等利用VirtualNC仿真工具，以电子贴装设备Siemens80S20为原型机，建立了相应的数字化样机模型，如图12所示。以贴装系统、送板机构、送料系统三大核心组件为基础，对整机性能进行了较为详尽的研究，分析了影响贴装速度的因素以及怎样取得最少的贴装周期时间。德国埃尔兰根大学的Feldmann与Christoph基于多体仿真的思想，集成多体动力学仿真软件、有限元分析软件、控制仿真工具，建立一个综合性的多体仿真分析平台，如图13所示。以两门子SiplaceF4贴片机为原型机，建立了贴片机的多体仿真数字化样机模型，对贴片机运动物体特性、挠性、振动特性以及热变形等进行了研究。其中重点介绍了在柔性体上建立线性约束的方法，并利用ADAMS／ENGINE模块中的"TimingMechanism"建立了电机驱动齿形带的仿真模型。英国诺丁汉大学的MasriAyob博士从改善取片--贴片操作、增强运动控制、吸嘴选择和送料器装配等方面入手，研究了多头顺序式贴片机的优化问题。
贴片机曾是我国"七五"、"八五"、"九五"、"十五"计划中电子装备类别的重点发展项目之一。20多年来，国内一些研究所、大学、工厂开展了SMT生产线中各种设备(指丝印、贴片、焊接等设备)的研制工作。
从1978年我国引进第一条彩电生产线开始，电子部二所就开始了贴片机的研发工作，以后有电子部56所、电子部4506厂、航天部二院、广州机床研究所等科研院所分别进行了研制，并取得了大量科研成果。虽然这些研究成果没有实现产业化，但为后来者积累了宝贵的经验。
国内现有或进行过贴片机研发、生产的企业有：羊城科技、熊猫电子、风华高科、上海现代、上海微电子、深圳日东等。羊城科技从贴片机的低端市场出发，面向围内中小电子企业、科研院所等单位，自主研发，成功研制出SMT2505贴片机，并与西安交通大学、中南大学等展开合作，在自主研发产品基础上，采用数字化样机研究于段，进行了针对贴片机性能的系统研究，取得了一定成效。不过与国外机型相比还存在一定差距，而且因资金问题，产品尚未进入批量生产阶段。其它的研究企业也进行了贴片机的研制，完成各自的研制课题和样机，取得了一定的成果。由于贴片机的技术含量高，研发周期较长，投入大，因此大部分中小企业对贴片机的研发工作仍停留在样机阶段，无法将产品应用到生产线上去。
国内大专院校对贴片机的研究工作也一直末停止过，例如西安电子科技大学的闫红超、姜建国等采用改进混合遗传算法进行了贴片机装配工艺优化的研究；两安交通大学的李蕾、杜春华等对贴片机视觉检测算法进行了研究；西南交通大学的杨帆研究了SMT贴片机的定位运动控制；龙绪明对贴片机视觉系统进行了综述；山东大学的刘锦波基于视觉研究了楔型贴片机运动控制系统；上海交通大学机械与动力工程学院的莫锦秋、程志国、浦晓峰等研究了贴片机的控制系统，CIM研究所的曾又铰、金烨研究了贴片机的贴装优化问题，微电子装备研究所的于新瑞、王石刚、刘绍军研究了贴片机系统的图像处理技术问题，自动化研究所的田福厚、李少远等进行了贴片机喂料器分配的优化及其遗传算法研究；华中科技大学的汪宏升、史铁林等从视觉与图像方面进行了贴片机的相关研究；华南理工大学与风华高科合作，从视觉检测、图像处理、运动控制系统、效率优化等方面展开了相关研究。
6 结论
根据贴装元器件的不同以及贴装的通用程度不同，贴片机可分为专用型与泛用型，专用型有Chip专用型与IC专用型，前者主要追求高速，后者主要追求高精密；泛用型即可贴Chip也可贴IC，广泛应用于中等产量的连续生产贴装生产线中。通用贴片机的高适应性是牺牲了精度和速度的折衷设计，它的贴装速度比高速贴装机慢，贴装精度比精密贴装机低。高速贴片机的发展已经达到一定极限程度，目前贴片机制造厂商主要发展泛用机型，以适应更多的贴装工艺需求。由于后封装和贴片工艺已经开始相互融合，这对贴片机的精度又提出了更高的要求。
同时具有高速和高精度的要求是贴片机研制的主要难点。解决高速和高精度的矛盾需要多个学科的完美结合，需要设计、模拟、工艺、装配、检验的有机联合，这样才能研制出高水平的贴片机。但由于贴片机的制造十分依赖基础工业发展，这也较大阻碍了高速高精度贴片机的开发。
直流风扇电机
直流风扇有优点也有缺点，直流风扇有哪些优缺点？今日就由PChouse为你一一解答。
一、直流风扇优点
1、逆变器成本低，逆变器容量低
逆变器继续运行时的电流，额定值说的是矩形波的峰值，感应电机需要正弦波电流，直流电动机需要矩形波电流。
2、功率因数高
其功率因数远高于感应电机，由于直流电机的励磁磁场不需要电网的无功电流。
3、损耗小、效率高
永磁直流电机的运行效率远高于感应电机，小容量电机的效率提高更明显。
4、调速性能好、控制简单
直流风机的调速控制不但简单，与感应电机的变频调速相比，而且具有更好的调速性能。
二、直流风扇缺点
直流风扇运作时比较费电，同时要定期维护更换过滤网，以避免直流电机过热烧毁。
直线电机控制系统的控制策略
摘 要：当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。关键字：机电一体化的基础；基本组成要素；特点；发展趋势一、当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性 ,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备 ,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术范围覆盖很多领域。（一）、数控技术的发展趋势。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化 ,使制造业成为工业化的象征 ,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大 ,他对国计民生的一些重要行业 IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看 ,其主要研究热点有以下几个方面:(1)、 高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率 ,提高产品的质量和档次 ,缩短生产周期和提高市场竞争能力。从 EMO2001 展会情况来看 ,高速加工中心进给速度可达 80m/ min ,甚至更高 ,空运行速度可达 100m/ min左右。目前世界上许多汽车厂 ,包括我国的上海通用汽车公司 ,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。在加工精度方面 ,近 10 年来 ,普通级数控机床的加工精度已由 10μm提高到 5μm ,精密级加工中心则从 3～5μm ,提 高到 1～1.5μm并且超精密加工精度已开始进入纳米级 0.1μm 。为了实现高速、高精加工 ,与这配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展 ,应用领域进一步扩大。(2) 、5 轴联动加工和复合加工机床快速发展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工 ,可用刀具最佳几何形状进行切削 ,不仅光洁度高 ,而且效率也大幅度提高。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因 ,其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍 ,加之编程技术难度较大 ,制约了 5 轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现 ,使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化 ,其制造难度和成本大幅度降低 ,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床 含 5 面加工机床 的发展。(3) 、智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统 ,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化 ,如加工过程的自适应控制 ,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化 ,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上 ,面向机床厂家和最终用户 ,通过改变、增加或剪裁结构对象 数控功能 ,形成系列化 ,并可方便地将用户的特殊应用和技诀窍集成到控制系统中 ,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统 ,形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求 ,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元 ,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。（二）、对我国数控技术及其产业发展的基本估计我国数控技术起步于 1958 年 ,近 50 年的发展历程大致可分为三个阶段：第一阶段从 1958 年到 1979 年 ,即封闭式发展阶段。在此阶段 ,由于国外的技术封锁和我国的基础条件的制 ,数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期 ,即引进技术 ,消化吸收 ,初步建立起国产化体系阶段。在此阶段 ,由于改革开放和国家的重视 ,以及研究开发环境和国际环境的改善 ,我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间 ,即实施产业化的研究 ,进入市场竞争阶段。纵观我国数控技术近 50 年的发展历程 ,特别是经过 4 个 5 年计划的攻关 ,总体来看取得的成绩还是不小。（三）、对我国数控技术和产业化发展的战略思考(1) 、战略考虑。我国是制造大国 ,在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移 ,所以 ,我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题。首先从社会安全看 ,因为制造业是我国就业人口最多的行业 ,制造业发展不仅可提高人民的生活水平 ,而且还可缓解我国就业的压力 ,保障社会的稳定;其次从国防安全看 ,西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质 ,对我国实现禁运和限制 ,“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。(2)、发展策略。从我国基本国情的角度出发 ,以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向 ,以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标 ,用系统的方法 ,选择能够主导 21 世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容 ,实现制造装备业的跨跃式发展。强调市场需求为导向 ,即以数控终端产品为主 ,以整机如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、曲型数字化机械、重点行业关键设备等 带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等 的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品;没有规模就不会有价值低廉而富有竞争力的产品;当然 ,没有规模中国的数控装备最终难有出头之日。 第二章 数控系统总体方案的确定数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。1. 系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。2. 伺服系统的选择 开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。.考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。3. 计算机系统的选择采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。4. X—Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。 考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。系统总体框图1: 计 算 机步进电机X向工作台步进电机Y向工作台 第三章 机械部分设计机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计、计算与选择，绘制机械部分装配图等。第一节 确定系统脉冲当量 脉冲当量δp是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于定位精度为±0.01mm因此选择脉冲当量为0.01mm。第二节 工作台外形尺寸及重量初步估算根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。取X向导轨支撑钢球的中心距为410mm,Y向导轨支撑钢球的中心距为400mm,设计工作台简图2:图2工作台简图X向拖板(上拖板)尺寸为: 长*宽*高=420*410*50重量:按重量=体积*材料比重估算为: = Y向拖板(下拖板)尺寸为: 重量 = 上导轨(含电机)重量为夹具及工件重量:约155NX-Y工作台运动部分总重量为:第三节 滚动导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷Fz和估算的Wx和Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般运行状况)，3.0~5.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：因系统受中等冲击,因此取 根据计算额定静载荷初选导轨:选择汉机江机床厂HJG-D系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25基本参数如下:额定载荷/N静态力矩/N*M滑座重量导轨重量导轨长度动载荷静载荷L(mm)***981982880.603.1760滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M40.64 表1 导轨的额定动载荷 N依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作寿命Ln：额定行程长度寿命: 导轨的额定工作时间寿命: 导轨的工作寿命足够.第四节 滚珠丝杠计算、选择初选丝杠材质：CrWMn钢，HRC58~60，导程：l0=5mm（1） 强度计算丝杠轴向力： (N)其中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数f=0.003~0005；在车床车削外圆时：Fx=(0.1~0.6)Fz，Fy=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz计算。取f=0.004, 则:寿命值： ，其中丝杠转速 (r/min)最大动载荷： 式中：fW为载荷系数，中等冲击时为1.2~1.5；fH为硬度系数，HRC≥58时为1.0。查表得中等冲击时 则:根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为: CM系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。其基本参数如下:
直线电机控制系统模块有哪些
CNC系统是一个专用的实时多任务计算机系统，在它的控制软件中融合了当今计算机软件技术中的许多先进技术，下面分别加以介绍。
1、曲线曲面的非均匀有理B样条（NURBS）插补该项技术采用沿曲线插补的方式，而不是采用一系列短直线来拟合曲线。这一技术的应用已经相当普遍。许多模具行业目前使用的CAM软件都提供了一个选项，即生成NURBS插补格式的零件程序。功能强大的CNC还提供了五轴插补功能以及与此相关的特性。这些性能提高了表面精加工的质量，改善了电机运行的平稳度，提高了切削速度，并使零件加工程序更小。
2、更小的指令单位大多数的CNC系统向机床主轴传递运动和定位指令的单位不小于1微米。在充分利用CPU处理能力提高这一优势后，一些CNC系统的最小指令单位甚至可达到1纳米（0.000001mm）。在指令单位缩小1000倍后，可获得更高的加工精度，可使电机运行得更平稳。电机运行的平稳使得一些机床能够在床身振动不加大的前提下，以更高的加速度运行。
3、钟形曲线加速/减速也称作为S曲线加速/减速，或爬行控制。与使用直线加速方式相比，这种方式可使机床获得更好的加速效果。与其它加速方式相比，也包括直线方式和指数方式，采用钟形曲线方式可获得更小的定位误差。
4、待加工轨迹监控这一技术已被广泛使用，该技术具有众多性能差异，使其在低档控制系统中的工作方式与高档控制系统中的工作方式得以区别开来。总的来讲，CNC就是通过加工轨迹监控来实现对程序的预处理，以此来确保能获得更优异的加速/减速控制。根据不同的CNC的性能，待加工轨迹监控所需的程序块数量从两个到上百个不等，这主要取决于零件程序的最短加工时间和加速/减速的时间常数。一般而言，要想满足加工要求，至少需要十五个待加工轨迹监控程序块。
5、数字伺服控制数字伺服系统的发展如此迅速，以至于大多数机床制造商都选择该系统作为机床的伺服控制系统。使用该系统后，CNC能够更及时地控制伺服系统，而且CNC对机床的控制也变得更精确。
数字伺服系统的作用如下：
1）将提高电流环路的采样速度，再加上电流环控制的改善，从而降低电机温升。不仅可以延长电机的寿命，还可以减少传递到滚珠丝杠的热量，从而提高丝杠的精度。采样速度的加快还可以提高速度回路的增益，这些都有助于提高机床的整体性能。
2）由于许多新的CNC使用高速序列与伺服回路相连，因此通过通讯链路，CNC可获得更多的电机和驱动装置的工作信息。这可提高机床的维护性能。
3）连续的位置反馈允许在高速进给的情况下进行高精度的加工。CNC运算速度的加快使得位置反馈的速率成为制约机床运行速度的瓶颈。在传统的反馈方式中，随着CNC和电子设备的外部编码器的采样速度的变化，反馈速度受到信号类型的制约。采用串行反馈，这一问题将得到很好的解决。即使机床以很高的速度运行，也可达到精密的反馈精度。
6、直线电机近几年来，直线电机的工作性能和欢迎度有了显着的提高，所以很多加工中心采用了这一装置。至今，Fanuc公司至少已经安装了1000台直线电机。GEFanuc的一些先进技术使得机床上的直线电机的最大输出力为15,500N，最大加速度为30g。另一些先进技术的应用使机床的尺寸得以减小，重量得以减轻，冷却效率大为提高。所有这些技术上的进步使直线电机在与旋转电机相比时，优势更强：更高的加/减速率；更准确的定位控制，更高的刚度；更高的可靠性；内部的动态制动。
CNC控制器的特点：
1、多坐标、多系统控制
比如FANUC最新的高档控制器11S30i—MODELA系统，最大控制系统数为10个系统（通道），最多轴数和最大主轴配置数为40轴，其中进给轴32轴，主轴为8轴，最大同时控制轴数为24轴／系统。最大PMC系统为3个系统。最大I／O点数为4096点／4096点，PMC基本命令速度为25ns。最大可预读程序段：1000段。这是当前世界配置最高的数控系统。由于具有多轴多系统配置，因此特别适合大型自动机床，复合机床，多头机床等的需要。
2、高精、高速加工功能
这是CNC系统最重要的功能，由于有了这个功能，使制造技术（MT）大大地向前发展了。数控机床采用计算机控制，可以保证加工的零件具有很高的精度重复性。但为了得到一定的功能，输入控制器的信号要经过一系列处理，不可避免地要失真、延时。因此在高速加工时，要保持高的加工精度就要采取一定的措施减少失真、延时。高精、高速的加工，除了机械设计和制造要保证能实现目标外，对CNC系统的要求主要是处理速度快、控制精度高。采用前馈控制，以补偿由于伺服滞后所产生的误差，提高加工精度。适当控制进给率和采用恰当的加减速曲线可以减少加减速滞后所产生的误差。“前瞻”控制在程序执行前对运动数据进行计算、处理和多段缓冲，从而控制刀具按高速运动，而且误差很小。对于机床平滑运行的高精度轮廓控制，采用对指令形式的实时识别，可以最佳地控制速度、加速度和加加速度，因而使加工总是保持在最佳状态。为了防止扰动，开发数字滤波器的技术，以消除机械的谐振，提高伺服系统的位置增益。高精进给和主轴的伺服系统对高速、高精和高效十分重要。目前主要从以下几方面提高其性能。减少电机和驱动器以及控制单元的大小，提高编码器的分辨率；直线移动轴可以来用直线伺服电机驱动；减少机械传动链，提高刚度，提高精度。当主轴电机采用同步电机时，它非常适用于齿轮机床的系统，齿轮机床有时需要很低的主轴速度，但精度很高。FANUC伺服电机的设计体积小，采用高增益控制，伺服电机是无齿槽效应的电机，带有1.6xlo’脉冲／转分辨率的编码器。
伺服控制采用交流数字伺服控制，具有很高电流检测精度，采用相应的硬件，可以产生所谓“纳米控制”，也就是在系统检测分辨率为1岭m时，插补分辨率可以达到1nm；它使在CNC内部的计算误差最小化，每次内部计算以纳米或更小的单位，大大提高了加工的质量。对于控制直线电机，设计数字滤波器以避免直接驱动机械带来的多点谐振特性，联合这些功能，机床刀具的运动就可以准确地按照着指令执行。对于加工具有自由曲面的模具，会在程序段之间出现条纹，为了解决这个问题，FANUC开发了“纳米平滑”功能，圆整CNC指令的公差，以“纳米”为单位评估原始曲线，并对其进行NURBS插补。这些性能满足了机床“高速高精”以及“低速高精”的要求。
3、轴加工和复杂加工功能
由于5轴加工工艺合理，相对于3维曲面加工，它可以充分利用刀具的最佳几何形状进行切削，在复杂形状的高速高精加工中可以提高效率，提高光洁度。因此得到越来越广泛的应用。5轴加工的机械其配置主要有刀具旋转方式、工作台旋转方式和这两种的混合方式。因此5轴加工功能要能满足各种配置的要求。根据5轴加工的特点，把它们，比如TCP（刀具中心控制），刀具半径补偿等功能，应用到不同机械配置的5轴加工机床。
4、数控复台功能
为了提高生产率，数控复合加工机床的开发和制造已变成数控机床的一种发展趋势。复合加工机床是指在同一机械上可以进行多种工艺的加工，如在一台机床上可以进行车加工、铣加工、锤加工等，一个圆柱体要进行圆柱表面的车削、锤子L、还要求在圆柱面上铣沟槽，这些加工都要求在同一台数控机床上完成。这样就能大大提高生产率。对于数控复合机床，百先需要增加可以用于进行复合加工功能的控制系统，比如铣床需要增加螺锥线功能、螺旋线功能、3维圆弧功能、刀具中心点控制等，刀具补偿功能也需要既有车加工又有铣加工的功能。除此以外，这种机床还经常需要高速加工。为了通过PC或数控系统本身对多台机床进行集中监控和管理，系统需要通过网络进行通信。以便传递程序，监控加工状态。除此以外，网络功能还可以传送维修数据，对系统进行远程控制、操作和诊断；传送CAD／CAM数据。CNC具有现场通信网络功能，就可以在CNC与伺服装置之间，CNC与I／o控制之间传递控制、监控和诊断数据。目前主要采用以太网以及现场总线。随着技术的发展，应用无线技术也已经出现。无线技术可以使信息到达几乎是任何地方。
6、高可靠性和安全性功能
CNC系统与数控机床一起，工作在底层车间，经受恶劣的环境，如：温度，湿度，振动，油雾，粉尘的影响，同时又要求连续工作；因此对可靠性要求特别高，除了可靠性设计、制造工艺等措施外，现代数控系统的可靠性主要采取以下措施：①采用光纤，减少电缆连接，比如FANUC的数控系统通过光纤连接CNC和伺服放大器，以串行高速的方式从CNC到多个伺服放大器传递大量的数据。②采用纠错码（ECC：EnorCorrectingCODe）传送数据，随着软件高速处理大量数据，也要求对微处理器、存储器和LSI的处理速度大大提高。由于这些安装在CNC的印刷板上的高速电子元器件进行高速读、写和传递数据时，由IC驱动的信号波形变为滞后，在这样的状况下，不采用模拟电路处理的方法时，导致不能正确地传递数字信号。在最新电子元件低压供电时，降低了电路低抗噪音的运行范围。CNC电路将采取更先进的纠错码传递数据。ECC是一种领前的高可靠性技术，通过把ECC加到数据上以传送各种不同型式的数据，使系统更可靠。②采用双检安全（DualCheckSa缸y）措施。“双检安全”与欧洲安全标准（EN954—1）一致。它的原理是在CNC内嵌人多个处理器冗余地监控伺服电机和主轴电机以及与安全相关的I／0信号并使用急停与相关的I／0电路使系统安全地运行和停止。
CNC控制器的开放：
当出现NC机床以后，制造厂家就希望能打开NC系统这个黑盒子，部分或全部地代替机床设计师和操作者的大脑，具有一定的智能，能把特殊的加工工艺、管理经验和操作技能放进NC系统，同时也希望它具有图形交互、诊断等功能。这就需要商用的数控系统具有友好的人机界面和提供给用户的开发平台。要求NC控制器透明以使机床制造商和最终用户可以自由地执行自己的思想。于是产生了开放结构的数控系统。
IEEE“开放系统技术委员会”定义“开放结构”为：“开放系统所执行的应用可以运行在多家制造者不同的平台；并可以与其他系统的应用具有互操作性，且呈现与用户交互协同（1EEElo03.0）。”也可以用下列的性能指标评估控制器的开放性。比如应用模块为AM：①移植性：在保持应用模块（AM）的功能下，不需任何变化就可以应用到不同的平台。②扩展性：不同的AM能运行在一个平台而不出现冲突。③互操作性：AM在一起工作时表现为相互协同，可以根据定义相互交换数据。④缩放性：按照用户的需要，AM的功能、性能和硬件的规模可以伸缩。
开放结构的控制器（oAC）使控制器销售商、机床制造商和最终用户可以从柔性和敏捷生产中获得较大利益。其主要目标是在标准化环境下采用开放的接口使操作方便，成本降低和柔性增加。这样的系统能力被广泛接受。软件可以重复使用，用户可以按照给定的配置设计他们的控制器。
控制系统的开放体系结构由于考虑到对实时和可靠性要求很严格，因此是高度复杂的系统。其特点是基于PC，相互链接的关键结构为系统组件和接口，系统组件由软件模块和硬件模块所组成。在开放系统中，各个组件和接口还可以在制造过程中实现增加智能的优点。对于控制的复杂性，这些系统的硬件和软件是基本的工具。控制的接口可以分成两组：内部和外部的接口。①外部接口：这些接口连接系统和监控单元以及子单元、用户。它们可以分为编程接口和通信接口。NC与PI‘C编程接口采用国家或国际标准，如RS一274、DIN66025、或IEC6l131—3。通讯接口也强烈地受标准的影响。现场总线系统，如SERCOS，P凹肋us或DeviceNet用作驱动和I／O的接口。I，AN（局网LocalAreaNetwork）网络主要基于以太网和TCP／IP与监控系统连系的接口。②内部接口：用于组件间的互相作用和数据交换，以形成控制系统的核心。在这方面，一个重要的性能是支持实时机构。为了得到可重构和白适应的控制，控制系统的内部结构基于平台的概念。由于软件组件中无法知道专用硬件的详情，因而主要的目标是建立一个可定义的但是在软件组件间进行柔性的通讯方法。应用编程接口（APl）保证了这些需要。控制系统的全部功能被分为几个包，模块化的软件组件通过被定义的API互相作用。
根据1999年美国机器人工业论坛的资料，当年美国机器人全部装机的系统是机器人本身价值的3—5倍，也就是如果有lo亿美元机器人的市场，等于增加20到40亿美元的附加值，如果其中25％归因于软件集成的原因引起的，再认为如果通过标准化的开发和应用，采用开放体系结构的控制器使其中降低50％；那么在采用开放控制器后，每年潜在的价值就可以节省2亿5千万到5亿美元。
开放的数控系统结构主要有3种形式：①基于PC的CNC系统，这种系统以PC机为平台，开发数控系统的各种功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电机的运动。这类系统有时也称为SoftNC，这样的系统容易做到全方位开放。②PC嵌入式：这种系统的基本结构为：CNC十PC主板，即把一块CNC板插入传统的PC机器中，CNC主要运行以坐标轴运动为主的实时控制，或且CNC作为数控功能运行，而PC板作为用户的人机接口平台。③PC十CNC：目前主流NC系统生产厂家认为NC系统最主要的性能是可靠性，像PC机存在的死机现象是不允许的。而系统功能首先追求的仍然是高精高速的加工。加上这些厂家长期已经生产大量的NC系统；体系结构的变化会对他们原系统的维修服务和可靠性产生不良的影响。因此不把开放结构作为主要的产品，仍然大量生产原结构的NC系统。为了增加开放性，主流NC系统生产厂家往往在不变化原系统基本结构的基础上增加一块PC板，提供键盘使用户能把PC和CNC在一起，大大提高了人机界面的功能，比较典型的如FANUC的150i／160i／180i／210j系统。有些厂家也把这种装置称为融合系统（fusionsystem）。由于它工作可靠，界面开放，越来越受到机床制造商的欢迎。
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