图1 从 Siemens 的立场来说，尤其是颠覆性的创新和工艺方面出现了新的制造技术--创新与传统技术完美结合起来

越来越高的要求，包括提高能源效率、降低安装空间、提高生产率、高精度和效率以及总成本，仍然决定着机床驱动技术的发展。以下内容概述了当前面临的各种挑战。

根据德国机床制造商协会 (VDW) 的说明，德国机床制造行业当前正进入蓬勃的发展期。整个发展态势正以三位数的增长速率有序发展，并且能源利用率也不断提高。驱动装置对于机床制造行业的发展有着巨大的影响。制造商当前正在忙于普遍的能源效率问题。B&R 将通过可升级的驱动优化控制各自的任务。“为此，我们提供了完整的驱动系列，范围从 50W~ 500kW 不等”，B&R Industrie-Elektronik GmbH 的管理成员 Markus Sandhöfner 说。“我们的理念是根据集成和一致性得出的，按照该理念，可以将大小轴并列放置在机器的中心或者分散布置，以超快的功率连接进行操作。”使用 Sinamics S120 产品，Siemens 开发了高效率的驱动系统，可以与 Sinumerik CNC一起针对每项任务量身定制。“除了能源效率方面的考虑，简单的启动、灵活性和可升级性对于我们而言也非常重要。”Siemens IDTMC 的机床运营区总监 Joachim Zoll 说。此外，Siemens 将尽量减少各种零件和存储所需的成本，并通过标准化作业减少启动相关的费用。

图2 Joachim Zoll，Siemens I DT MC的机床业务部门总监：“过度尺寸，尤其是对于万能通用的机床，在指定的工作情况下，将妨碍机器达到最佳效率。”

针对特定客户的接口解决方案

Ekrem Sirman，Harmonic Drive AG的CEO，发现在伺服系统驱动上电接口发生了巨大的变化，是过去几年来的主要变化：“如今，除了标准产品之外，我们还提供各种客户指定的产品，上面均设置所有必要的电接口。

“利用‘Indra Motion MTX’，Bosch Rexroth提供整个电力范围的可以精确升级的 CNC 系统解决方案。这样可以将开放的NC与分散的智能驱动工程交互使用。”Bosch Rexroth AG的机床制造和汽车业总监Heiko Schwindt说。“现在我们的伺服驱动系统拥有100多种技术功能。”

Siemens看到了在系统优化方面最大的节能潜力。“过度尺寸，尤其是对于通用的机床，在指定的工作情况下，将妨碍机器达到最佳效率。”Zoll 说。“机床的辅助部件，例如，开关空调系统，将对关联的机床价值赋予大约 50% 的负载基础。”Zoll 补充道。由于一些成本因素，这些部件只由高效率的电动机，或使用变频器驱动。这就是当前系统优化的最大潜力所在。

提高效率

“根据我们的精确性驱动单元，我们预测到提高效率的潜力大约为 2%”，Sirman 说。使用今天较为流行的空心轴驱动，机床的效率将可能提高 5%。从能源效率角度来说，与变速箱方案相比，直接驱动和调节器很耗能源，因此经常需要采用水冷却。这样可能会提高能源效率，例如通过从冷却水恢复能量。

使用 Rexroth 4EE，Rexroth 开发出万能系统，以便挖掘出所有驱动和控制科技的潜力。“我们的变速泵驱动系统减少了高达 80% 的水消耗；对高压冷却润滑电路使用 KST-Booster 将节省高达 90% 的能耗量”，Schwindt 发表意见说。运用气动的阀门也开发出了大量潜力。

通过使用完全整合的频率转换器，可以在简单的异步电机中在优化的操作点上操作，与直接作用于网络的电机操作相比，B&R 平均节省了 40% 的能源。在液压方面，最高可节省 70% 能源。“使用 Acopos Multi 产品系列，在服务区域，将通过在网络、中间电路和配电盘中的‘冷板’装配中恢复能源，节省机床高达 80% 的驱动能量。”Sandhöfner 说。

精确度更高的特殊变速箱

旋转送料轴和辅助轴需要精确度 < ± 30 弧/秒和重复精确度 < ± 5 弧/秒的小型机床变速箱。 为此，谐波传动提供标准的驱动、伺服系统驱动，以及部分扭矩驱动进行直接驱动。大部分大型机床工具的送料轴变速箱的精确度必须达到 < ± 15 弧/秒，通过改进传送精确度的特殊变速箱以及扭矩驱动直接驱动可以实现该精确度。“对于有些客户，我们提供精确度达<±10 弧/秒的变速箱。在输出侧使用高度精确紧密连接且刚性的齿轮截面可以达到部分要求。”Sirman说。

使用Sercos实时控制伺服轴

特别是对精度有很高要求的流程，如Impeller加工的自由铣加工， 加工喷嘴系统或者加工光学元件磨削加工， 这就需要高分辨率的纳米插补 。CNC 系统整体方案，Rexroth 的 Indra Motion MTX 在内部高动态的伺服环路以及智能“Indra Drive”伺服系统驱动上获得了这样的高精确度。它们与 CNC 通过 Servos 实时通讯。

假如具有刚性强的驱动系统，高分辨率再循环，以及对调整电路的优化调整，PID 调整期连接到 B&R 将提供很高的精确度。不幸的是，很少能每处都符合这些条件。在智能 Acopos 伺服系统驱动中，电路力量、旋转速度、位置和惯性力量都可以作为标准功能。通过导航控制惯性，即使是非常机械化的轻微驱动也可以通过高动态予以迁移。Acopos 从惯性的增长和动态计算出必要的驱动扭矩力。“在指定的应用中，我们能通过两个因素提高铣削机床的主轴的精确度”，Sandhöfner说。

“由于变化程序的避免，可以获得最佳的精确度。”Zoll 说。通过整体技术方法和开放 Sinumerikany 技术，可以转到高效率的精确机床中。集成的驱动平台 Sinamics S120 支持该生产优化。即使在今天，涉及的所有运算法则也都精确到 80 Bit。通过超出纳米极限的计算精度，可获得最高等级的精确度和表面精度。

对驱动装置实施附加制造的影响

EMO 将展示以“机床及更多”为主题的附加制造产品。分层程序的主要优势是每一种通过 3D CAD 程序可以生成的可想象的形式都可以实际生产出来。”Fraunhofer Allianz Generative Fertigung 总监 Andrzej Grzesiak 说。

根据标准 IEC 61131-3，在 Rexroth，Indra Motion MTX 适合用于附加的制造活动，尤其适用于吸收知识型流程以及 SPS，适用于机床的辅助操作和可视化操作。它将在 0.06 ms内执行 1000 次说明操作，因而相应地减少非生产性的辅助流程次数。“国际通用的通信标准使网络连接变得简单，并简化了个性化的CAD 数据的快速加工。”Schwindt 说。

“首先简化了加工驱动调节系统的排屑复杂性”。Sandhofen 说。因为要排出的运动物质非常小，那么，驱动的动态性，精度和速度额定值的预定显得非常重要。

从 Siemens 的立场来说，尤其是颠覆性的创新和工艺方面创造了新的制造技术， 也就是创新与传统技术完美结合起来。在机床驱动的发展中，现在可以确定以下趋势：能源和环境的可持续性利用将推动制造商努力开发能够减少能耗的具有高能源效率的驱动装置。步进电动机开始成为伺服电动机的替代品，可以用于不同的回馈系统、各种惯性力、要选择性使用的线性和旋转的直接驱动。此外，为了获得能源效率，将使用电动驱动代替气动和水力驱动。

“因为高科技机床工具制造商也生产市场上需要的较简单的机床，反过来，电动系统可升级适应不同的市场需求，并进行一致生产，可以在不增加额外费用的情况下，适用于不同的驱动设备。”Zoll 说。

机床将趋向使用直接驱动

根据 Sirman，对于直接驱动的应用已经连续发展了十年之久，假如有高精确性的轴以及足够的水冷却安装空间和可能性，该趋势将持续发展。

Rexroth 发现，个性化驱动科技越来越接近，并将其 CNC 控制优化至电力、液压和气动的复合模式。“迄今为止，这种交互作用开发了未使用的能源效率以及生产力潜力。”Schwindt 说。

从 B&R 的观点来看，将额外对驱动类型进行分类。“使用我们的配置工具‘自动工作室’，我们可以更容易选择机械工程师。所有驱动科技无缝集成，并使用相同的机床软件进行操作。”Sandhöfner 说。安全性技术也起着不断增长的关键作用。

在 EMO展会上，HarmonicDrive将展示扭矩直接驱动的单件和整套电动机。Rexroth 将展示基于强大的多核处理器最新结构的 Indra Motion MTXcontrol 控制系统。B&R将呈现通过“一般”运动控制系统CNC加工用自动化解决方案。Siemens将展示重点设定在提高全套加工效率的Sinumerik 840D sl 系统上。