自20世紀末開始，我國制造業(yè)就開始了由制造大國向制造強國邁進的腳步，閥門機床制造業(yè)也跟著取得數(shù)控機床增長的業(yè)績。機床是制造技術(shù)和制造信息集成的重要元素，既是生產(chǎn)力要素，又是重要商品。機床的發(fā)展和創(chuàng)新在程度上能映射出加工技術(shù)的主要趨勢。近年來，我國在數(shù)控機床和機床工具行業(yè)對外合資合作進一步加強，無論在精度、速度、性能，還是智能化方面都取得了相當?shù)某煽儭Ｔ谫Q(mào)易中，很多發(fā)達把數(shù)控機床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤的主要機電出口產(chǎn)品。因此，對數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展歷程進行總結(jié)分析，將有助于推進我國數(shù)控機床技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展的目標。
自上世紀50年代以來，世界數(shù)控機床主要經(jīng)歷了數(shù)控NC ( Numerical Control)和計算機數(shù)控CNC（ ComputerNumerical Control ) 2個階段。數(shù)控1V (：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，推動了數(shù)控系統(tǒng)的進一步發(fā)展。計算機數(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，當采用小型計算機的CNC裝置在芝加哥展覽會上露面時，標志著CNC技術(shù)的問世；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、體積更小、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，受通用微機技術(shù)發(fā)展的影響，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以個人計算機(PC)為基礎(chǔ)，向著開放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面進一步發(fā)展。數(shù)控機床通常由控制系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。其中進給伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機床的重要功能部件，其性能是決定數(shù)控機床加工性能的重要的技術(shù)指標。因此提高進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性與靜態(tài)特性的品質(zhì)是人們始終追求的目標。接下來主要介紹一下進給伺服系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程。
進給伺服系統(tǒng)是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，它是一個很典型的機電一體化系統(tǒng)，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執(zhí)行部件幾個部分組成。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動機的不同，進給伺服系統(tǒng)分為4大類伺服系統(tǒng)：步進伺服系統(tǒng)，直流伺服系統(tǒng)，交流伺服系統(tǒng)，直線伺服系統(tǒng)步進伺服系統(tǒng)。
在20世紀60年代以前，步進伺服系統(tǒng)是以步進電機驅(qū)動的液壓伺服電動機或是以功率步進電機直接驅(qū)動為特征，伺服系統(tǒng)采用開環(huán)控制。步進伺服系統(tǒng)接受脈沖信號，它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度取決于指令脈沖的頻率或個數(shù)。由于沒有檢測和反饋環(huán)節(jié)，步進電機的精度取決于步距角的精度，齒輪傳動間隙等，所以它的精度較低。而且步進電機在低頻時易出現(xiàn)振動現(xiàn)象，它的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降。又由于步進伺服系統(tǒng)為開環(huán)控制，步進電機在啟動頻率過高或負載過大時易出現(xiàn)“丟步”或“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高容易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。另外步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要的時間也較長，速度響應(yīng)較慢。但是由于其結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)整、工作、價格較低的特點，三面數(shù)控鏜孔機床在許多要求不高的場合還是可以應(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)。直流伺服電機具有良好的寬調(diào)速性能。輸出轉(zhuǎn)矩大，過載，伺服系統(tǒng)也由開環(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)控機床、工業(yè)機器人等對電伺服系統(tǒng)提出越來越高的要求，尤其是精度、性等性能。而傳統(tǒng)直流電動機采用的是機械式換向器，在應(yīng)用過程中面臨很多問題，如電刷和換向器易磨損，維護工作量大，成本高；換向器換向時會產(chǎn)生火花，使電機的轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制；直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對其他設(shè)備易產(chǎn)生干擾交流伺服系統(tǒng)針對直流電動機的缺點，人們一直在努力尋求以交流伺服電動機取代具械換向器和電刷的直流伺服電動機的方法，以滿足各種應(yīng)用，尤其是、伺服驅(qū)動的需要。
但是由于交流電機具有強禍合、非線性的特性，控制非常復(fù)雜，所以運用一直受到局限自80年代以來，隨著電子電力等各項技術(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，原來一直困擾著交流電動機的問題得以解決，交流伺服發(fā)展越來越快 直線伺服系統(tǒng)永磁同步直線電機在推力、動態(tài)性能、定位精度方面比其他直線電機優(yōu)越性，因而PMLSM越來越多的用于直線伺服系統(tǒng)中。但由于直線伺服系統(tǒng)存在很大的參數(shù)攝動和負載擾動，此外還存在“邊端效應(yīng)”等問題，因此，采用傳統(tǒng)的比例(P)或比例積分(PI)位置調(diào)節(jié)器的矢量控制系統(tǒng)很難滿足伺服系統(tǒng)的要求。
