自20世紀(jì)末開始，我國制造業(yè)就開始了由制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)的腳步，閥門機(jī)床制造業(yè)也跟著取得數(shù)控機(jī)床增長的業(yè)績。機(jī)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(jī)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(jī)床和機(jī)床工具行業(yè)對外合資合作進(jìn)一步加強(qiáng)，無論在精度、速度、性能，還是智能化方面都取得了相當(dāng)?shù)某煽儭Ｔ谫Q(mào)易中，很多發(fā)達(dá)把數(shù)控機(jī)床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤的主要機(jī)電出口產(chǎn)品。因此，對數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行總結(jié)分析，將有助于推進(jìn)我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的目標(biāo)。
自上世紀(jì)50年代以來，世界數(shù)控機(jī)床主要經(jīng)歷了數(shù)控NC ( Numerical Control)和計算機(jī)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(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，推動了數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。計算機(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)采用小型計算機(jī)的CNC裝置在芝加哥展覽會上露面時，標(biāo)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)正朝著以個人計算機(jī)(PC)為基礎(chǔ)，向著開放化、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)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(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)。接下來主要介紹一下進(jìn)給伺服系統(tǒng)和機(jī)械傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程。
進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以運(yùn)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(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)動元件(電機(jī))、檢測與反饋單元和機(jī)械執(zhí)行部件幾個部分組成。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動機(jī)的不同，進(jìn)給伺服系統(tǒng)分為4大類伺服系統(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)動的液壓伺服電動機(jī)或是以功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動為特征，伺服系統(tǒng)采用開環(huán)控制。步進(jìn)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(jìn)伺服系統(tǒng)為開環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)在啟動頻率過高或負(fù)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(jìn)電機(jī)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(diǎn)，三面數(shù)控鏜孔機(jī)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(jī)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(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、工業(yè)機(jī)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(jī)采用的是機(jī)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(hù)工作量大，成本高；換向器換向時會產(chǎn)生火花，使電機(jī)的轉(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(jī)的缺點(diǎn)，人們一直在努力尋求以交流伺服電動機(jī)取代具械換向器和電刷的直流伺服電動機(jī)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(jī)具有強(qiáng)禍合、非線性的特性，控制非常復(fù)雜，所以運(yùn)用一直受到局限自80年代以來，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，原來一直困擾著交流電動機(jī)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(jī)在推力、動態(tài)性能、定位精度方面比其他直線電機(jī)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(fù)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。
