重庆工业职业技术学院校企合作处 2008年3月 目 录 一、高光模温机研发成功填补国内此类技术空白 二、异种材料激光焊接技术有待产业化 三、国产首台曲轴主轴颈数控车床上海问世 四、中国数控技术必须突破技术遏制 五、Pilz安全控制技术和安全产品在奥运舞台项目中的应用 高光模温机研发成功填补国内此类技术空白 在高光注塑中，最关键的取决于模具、材料与模具温度控制机(简称模温机)。具有强大研发能力的奥德机械有限公司的高光注塑模温机填补了国内市场的技术空白。 在普通的注射成型加工中，将模具温度设低时，虽然可以缩短成型周期，但容易产生汇线，造成外观品质不良。相反，将模具温度设高时，可以提高产品表面的外观品质，但容易产生翘曲、下陷、尺寸不良等，同时延长了成型周期，提高了成本。 高光蒸汽注塑成型技术可以同时解决上述两种问题，它利用蒸汽炉产生的蒸汽和冷却水，来控制一个成型周期内模具的温度，从而使上述两种方法的优势均得以发挥。 首先，注射前通过喷射蒸汽，使模具的温度达到超过树脂热变形的温度，然后注射熔融树脂，就会形成没有汇线、表面品质良好的成型品。熔融树脂注射完成后，便开始冷却工序。用冷却水使模具温度迅速下降到树脂热变形的温度以下。这样，可以通过加快树脂的固化速度，来缩短成型周期，解决翘曲、下陷等问题。 高光蒸汽注塑可消除产品表面溶接线、溶接痕、波纹及银丝纹，彻底解决塑料产品的表面缩水现象，并使产品表面光洁度达到镜面水平。产品不需要喷涂的后续加工，有效降低成本，缩短交货时间。 此外，高光注塑还可解决加纤产品所产生的浮纤现象，从而使产品品质更加完美。在薄壁成型中，高光注塑有助于提高注塑流动性，提高产品质量与强度。它也可使厚壁成型注塑周期降低70%以上。 奥德的高光速冷速热模温机具有8寸液晶真彩西门子LCD显示，触摸式中文数子输入，全中文界面，操作简单。全闭环系统控制输入输出温度的检测，以模具实际温度反馈PLC，数彩图变化显示，确保输出准确稳定。 蒸汽、冷水、及模具温度显示，用时间和动作与注塑机信号互锁。 高光蒸气注塑应用目前用于液晶电视机，电脑液晶显示器，汽车液晶显示器，车灯和光学仪器等行业。 奥德最新开发的高光模温机，有适合注塑机600－800吨和300－500吨和300吨以下的三种机型，最大特点是不使用锅炉设备，整机备有高温热水机和冷冻机，并增加了热水和冷却水回收系统，跟目前市场引进的进口机比，以600吨注塑机计算，每天可省1160度的电(按20小时/天计算)，可省12吨的水(按20小时/天计算)，和利用锅炉蒸汽加热相比来计算，每年节省费用在人民币17万元以上，节能效果显著，利润相当可观。这是奥德高光模温机的优势所在。 除平板电视机面板外，这一技术还可广泛应用于电脑液晶显示器、空调、汽车内饰件等家电、汽车、通讯、医疗等行业。 (源自：中华机械网) 异种材料激光焊接技术新成果 中国科学院力学研究所发动机科学与工程联合实验室近期在涡轮增压器异种材料激光焊接技术方面取得重要进展，优化后的激光焊接工艺为提高柴油发动机性能提供了重要支持。 新技术将优化焊接工艺 目前，柴油发动机应用广泛，在国民经济发展中占据重要地位。作为柴油发动机的关键部件，涡轮增压器对于发动机动力性能的改善有显著作用，其异种材料焊接质量对整机性能有重要影响。 在柴油发动机增压器中，涡轮叶片和涡轴杆的材料不同，参数有很大差异，对两者进行连接时易形成焊接裂纹，具有淬硬倾向。目前，业界多采用摩擦焊方式进行连接，但强度不高、成形精度差是摩擦焊的缺陷。 激光焊接是一种新方式，它利用激光的相干性等特性，很好地解决了焊缝偏熔和未熔合的问题。与传统焊接工艺相比，优化后的激光焊接工艺在满足高焊接强度要求的同时，极大提高了焊接效率，为提高柴油发动机性能提供了重要技术支持。 自主研发的新成果 中国科学院力学所发动机科学与工程联合实验室副主任虞刚认为，随着市场需求的扩大，汽车行业近年来的发展势头很好，但自主技术稀少、自主研发环境欠缺的问题始终没能解决。国内企业与跨国公司合作，很难获得核心技术。“没有核心技术以及后续的研发、改进，将会给产业发展带来不良影响。当前，一些汽车制造企业及科研机构已经开始独立研发，但‘拿来主义’的观念仍然很强，真正的自主研发成果少之又少。” 激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。虞刚说：“在激光异种材料焊接这个领域，国际上一直没有新进展。经过长期努力，我们力学所取得了突破性进展，领先国际水平。可以说，这是一项百分之百拥有自主知识产权的国际先进技术。” (源自：中国工业报) 国产首台曲轴主轴颈数控车床上海问世 上海重型机床厂有限公司近日成功开发制造了2台CK61125×6500曲轴主轴颈数控车床。该机床具有高速、高效、质量易控制等特点，可明显缩短曲轴加工周期，解决了国内大功率柴油机专用曲轴加工工艺难题。 CK61125×6500曲轴主轴颈数控车床按照德国沃伦贝格公司设计规范进行设计的，采用三导轨形式，中心高675mm，拖板上最大回转直径1000mm，最大加工长度6500mm，最大曲轴重量10t（二顶尖）。加工工件圆度0.005mm，加工尺寸精度IT6，表面粗糙度Ra1.6μm，精车外圆的圆柱度0.015/300mm。 上海重机还为机床开发了多种专用部件，如滑移式C型中心架，既能保证切削的支承刚性需求，又能满足装、卸工件的便利性要求，支承范围Φ150～Φ350。此外，根据曲轴主轴颈加工点深入工件的特点，开发特殊多工位刀盘，与数控卧式刀架配合后，可满足主轴颈各个加工点的连续加工，大幅提高加工效率。 (源自：中华机械网) 中国数控技术必须突破技术遏制 数控技术是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的开发研究以及对信息技术的深化应用促进了数控机床性能和质量的进一步提升，使数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要制造装备。另外，数控技术以高精度随动控制和多运动协同控制为主要特征，与自动火炮控制、雷达控制以及陀螺导航控制技术具有共性的技术基础，具有典型的军民两用的应用特征。 目前以日本FANUC和SIEMENS为首的控制器巨头的产品垄断市场80%以上，高端产品不仅垄断，而且限制中国进口。中国通过近20年持续不断的技术攻关和市场培育，诞生了一批数控厂商，在中低端市场打开局面，形成了一定市场规模；但在技术密集的中高端控制器市场，国产控制器规模始终处于被压缩的状态，利润空间被压缩，研发体系不能支持可持续技术进步。 行业专家坦言“中国数控机床技术水平与世界发达国家相差起码15年”。日本国际经济学家长谷川庆太郎，在日本《呼声》月刊2005年5月号上发表了一篇题为《中国的未来取决于日本》的文章。文章说，在汽车制造业，生产汽车部件的机床年均工作时间高达3500小时，也只有日本制造的机床能保证连续5年性能不变。“没有日本的机床，中国的汽车产业将寸步难行”。客观分析这篇文章，抛弃日本少数学者狂躁的心态，仅就装备制造业中以数控系统为代表的制造装备关键部件技术和产品上的差距上看，文章的观点是应当唤起我们的忧患意识。 打破国外对我们数控技术遏制的主要手段就是降低对国外技术的依存度，选择有技术支持条件的关键技术作为突破口，主动突破，才能争取竞争上的主动。从产业的角度看数控控制器产品的基本特征，可以概括为专用的工业计算机；伺服驱动系统产品的特征是驱动电机专用的工业电源；伺服电机产品的特征是装有高精度位置反馈原件的高精度电机。数控系统产业的另一个特征是技术的软件化。运行在数字控制器和伺服驱动器上的软件承载了系统的主要功能和性能的实现。因此在这一产业领域的竞争将更多转化为基于软件技术、控制技术和制造技术的智力层面的比拼和以技术融合为特征的工程层面的比拼。高端数控技术不仅仅是控制器的问题，而是关联电机、驱动、测量、通讯、计算机软硬件技术以及机床测试、仿真等技术的技术学科群。这些技术环节都将对最终的设备控制效果产生影响。 以高速高精度高响应运动控制为例来说明这个问题。从FANUC公开的材料上看，控制分辨率提升到纳米可以将被加工产品的精度提高一倍，表面质量提高一倍。但这一结果需要控制器全面的技术提升。对于高速度运动控制技术的实现而言，基于超前读机制的运动轨迹分析和预测是必需的。这一机制将对系统的体系结构提出更高的要求。轨迹平滑和加加速度控制都是在高速运动控制中避免冲击的必要技术手段。插补器的计算精度要从1个um提升到1个nm，计算字长要增加三位，有效计算精度要提升3个数量级。软件平台要支持相应字长的计算。另一方面控制节拍也需要相应提高，否则单纯的指令精度提高没有意义。这当然对系统的计算负荷有更高的需求，系统硬件平台要具有更高的速度。仅在控制器内实现这个分辨率是不够的，还要将这个控制量送给伺服驱动装置。由于有效字长的扩充，控制节拍的提高，相应通讯代宽的需求也要提高。对伺服通讯问题一定要采用数字方式，脉冲方式和模拟加位置脉冲反馈的都不能符合要求。在伺服侧很显然要追求更高精度的控制问题。首先就是需要更高精度的位置反馈原件。目前国际上高精度伺服装置传感器已经提升到200万线～400万线了，这样才能够与现有的机械装置配合实现纳米级控制。我们国内的控制器产品的传感器大多在2000或2500左右。这种传感技术的差距直接导致我们的驱动装置的调速比上不去，速度平稳性有差距。高分辨率的传感器还面临另一个问题就是传感器接口问题，显然这种分辨率下不能用AB脉冲形式接口。 能够保证控制器同步采样的高速数字通讯协议是必须要解决的问题。伺服本身高精度控制的问题也是必须要解决的问题。FANUC强调HRV（高响应矢量控制），三菱强调OMR（优化机械响应控制）都将问题直指高精度伺服控制的核心问题――高精度、快速响应的电流环设计。只有良好的电流环特性才能为良好的速度控制和位置控制奠定基础。在解决这一核心矛盾的过程中许多控制技术都可以有所作为，包括各种状态识别、滑膜控制和变参数控制等等。 实现高精度控制，仅依靠控制器和伺服驱动装置是不够的。电机设计本身就是直接影响运动控制效果的重要因素。对于永磁同步伺服电机而言，良好的反电势正旋性，很小的齿槽力将非常有利于伺服驱动器实现低速的平稳控制。许多高精度驱动装置的厂商本身也是电机制造商。在很多国内的研究机构中，电机技术与伺服驱动技术是部门割裂的，有的甚至没有电机技术支持单搞伺服驱动。在研究高精度运动控制中，仿真技术将极大的缩短我们在控制算法的相关研究中的时间和实施成本。在仿真技术支持的同时，还需要研制有关的试验平台，用来评价运动控制的效果，评价伺服驱动和电机的性能。例如，如何评价低速平稳性和刚度等。 概括高端控制器几个重要的技术发展方向： 1）复杂运动规律的控制技术。上表中的“螺旋线插补2D+6”、“5轴加工程序包”、“多轴插补（>4轴）”都属于这一技术方向。复杂型面和曲线的运动控制属于数控基础中的基础技术，也是负责工艺装备的现实需求。特别是五轴加工控制技术，是复杂曲面加工的基础支持技术。该技术是关系到航空航天制造业、武器装备制造业、动力装备制造业的关键技术。 2）多轴耦合关系运动控制。“搬运（机器人）变换包”，“位控循环中的1D/3D间隙控制”，“悬垂度补偿，多维”，“主动数值耦合和曲线列表插补”，“电子齿轮单元”，“连续修正”，“测量2级”都体现了上述特征。上述功能的共性特征是某坐标轴运动不再是受计划性轨迹执行，而是与其他轴的运动或逻辑量具有某种耦合关系或者协同关系，即实时插补过程还引入了其他控制因素。上述功能显然对于复杂装备是非常必要的，属于经典插补运动控制的重要补充。 3）开放式结构。“开放式结构NC核心编译循环”和“同步操作”都属于这一技术方向。“开放式结构NC核心编译循环”引擎支持用户将自己编写的控制功能加入系统中，并可按照指定的执行频度周期性执行。而“同步操作”是用户以高级语言的形式约定执行条件和执行动作。这两项功能分别体现了控制系统不同层次的开放，一种是执行引擎的开放，另一种是用户语言层面的开放。这类的技术显然有利于主机厂的快速响应工艺需求，将自己专有的技术融入到控制器中，二次开发具有自己特色的控制器，极大地拓展了控制器的控制能力。 4）与伺服控制技术的融合。“内部驱动变量评价”就属于这一技术方向。伺服驱动装置的性能直接影响整个数控系统的控制表现和整个装备的性能表现。因此，伺服驱动相关技术也成为高端控制器技术群的重要基础。由于伺服驱动装置嵌入式系统的特点，运算资源、存储资源和人机交互能力的局限性，伺服系统参数的可视化和优化需要通过上位的数字控制器来实现。因此，控制器技术与伺服驱动技术的技术融合就成为数控技术发展的重要方向。这一技术特点可以从许多控制器产品中得到映证。 (源自：中华机械网) Pilz安全控制技术和安全产品在奥运舞台项目中的应用 本文对安全控制技术和安全产品在奥运舞台项目中的应用做一些简单的介绍。德国皮尔磁公司是一家致力于安全技术开发、安全产品推广的专业厂家，分布在全球的23家子公司和分支机构组成了她的全球销售网络；她是一位“安全大使”，她提倡的安全理念正在影响着越来越多的人。 
舞台设备是舞台项目中涉及到的各类机械设备，皮尔磁的安全技术和安全产品又是如何应用的呢？ 舞台机械是为了使演出的效果更加完美，从而引领观众进入更深的艺术境界而采用的各类机械装置的总称。为了适应当代表演艺术的要求，舞台机械也需要精度、系列化的机械系统。由于采用了先进的技术，因此控制精度可以达到很高，平稳性、宁静度、安全性等也均能满足使用要求。 舞台机械的安全性指标主要包括设备安全、人身安全和电气安全等三方面。 设备安全是指舞台机械设备在规定的工作条件下长期使用不产生意外事故的能力；在发生临时故障时能在降低后的技术参数下继续工作的能力；舞台机械设备对非正常工作状态的感知、显示和报警的能力。这种能力或性能通常是由机械设计本身和电气控制共同完成的；考虑在演出中尽快排除舞台机械的临时故障的能力，使舞台机械的故障尽量能不影响演出的正常进行。 电气安全主要是指防止触电、电气引发火灾等事宜。 如果舞台的机械设备涉及到了人身安全问题，应该怎样办呢？舞台的台下通常会用到升降机，将演员运送到舞台上或者举升到更高的位置。台下升降机的四周安装有防护栏，避免有演员误闯入升降机下被挤压，造成人身的伤害。护栏上通常装有两个栅栏门，栅栏门上就使用了安全门开关。当然每个舞台都可能有若干台升降机。那么意味着，舞台机械设备在运行的过程中，如果遇到了特殊的情况，该停下来而没有停下来，并且让人员处于高度危险的境况之中，怎么办？ 首先解释舞台机械设备的控制系统和安全系统的区别。 什么是控制系统？例如，人们经常会乘坐电梯，电梯的控制器会根据人员按下的楼层信息，分析此时电梯的运行方向、电梯运行的同方向是否有其他的呼梯信号、电梯间的门是否夹人或物、电梯间的门是否关闭到位等等，再驱动电梯的曳引装置做出正确的运行动作，那么电梯就会停在人员希望到达的楼层，其实这时主要是电梯的控制系统在起作用。 什么是安全系统？就此电梯的例子，一旦电梯出现了故障，如失控了，电梯急速下坠，那么安全系统及安全相关设施就要起作用了。实际上皮尔磁的安全产品就是应用在安全系统里的具体的控制器件。 那么如何避免机器的不安全状态？必须提供一种高度可靠的安全保护手段，最大限度地避免机器的不安全状态、保护生产装置和人身安全、防止恶性事故的发生。换句话说，安全系统就是一旦事故发生，采用什么样的保护手段，让设备或系统能够可靠地进入到一种安全的状态的技术。 当遇到危险情况，实现舞台机械设备的安全保护，其核心其实就是使舞台机械设备的危险动作停止下来。根据所使用的安全保护装置的不同，可以有不同的安全停止功能，比如设备常见的紧急停止按钮装置。在正常运行中使用的停止功能，必须要能够避免机器设备、产品和加工过程被破坏，同时要能够防止机器设备的重新启动，这就是对安全停止功能的要求。下面的这些国际标准中针对机械设备上使用的紧急停止按钮，做出了详细的要求： ――适用带直接断开机构的常闭触点，IEC60947-5-5/-1 ――按钮为红色，背景为黄色，形状是掌型或蘑菇型，IEC60947-5-5，ISO13850，IEC90204-1 ――操动头被按下后，必须一直保持停止状态，只能用手复位，IEC60947-5-5，ISO13850 ――急停开关在机器的仍和运行状态下均应有效，并且优先于其他任何控制，ISO13850，IEC60204-1 ――急停开关的安装位置应在操作控制台或工位附近，紧急情况能够立即操动开关，ISO12100，ISO13850，IEC60204-1 如果我们在考虑以皮尔磁的安全产品来搭建一个完整的安全控制系统，该怎么做？ 
如图所示，一个急停按钮（-S4）（注：带有11/12、21/22两副触点）是做为一个安全系统的输入信号输入到安全继电器模块（-K3）中。 带强制断开触点的继电器（注：-K4与-K5组成了冗余的输出结构）是这个安全系统的输出端，是通过安全继电器模块（-K3）内的常开输出端子13/14控制的；继电器/接触器控制的负载可能就是拖动升降机升降的电动机了。 同时在安全继电器模块（-K3）的S33、S34端子上串接了两个继电器（-K4、-K5）的常闭点做为安全系统的信号反馈，监控外部中间继电器的状态。 复位按钮（-S3）实现的是手动复位方式。需要说明的是，不同的复位方式（自动复位、手动复位）的采用并不影响安全控制系统的安全等级的。 下图就是一个最基本的安全控制系统，它涵盖了安全控制系统最基本的几个要素。输入（急停按钮）、控制模块（安全继电器）和输出（带强制断开触点的中间继电器／接触器）就组成了一个最基本的安全控制系统；它们直接控制负载的安全停止动作。反馈回路的连接与否则直接影响到了控制系统的安全等级。 
安全门开关、安全光幕、安全地毯等等也都如紧急停止按钮一样，可以是做为一个安全系统的输入信号来处理。 通常提到的用于安全系统的安全继电器模块，就是这样的一种安全产品。它甚至在器件内部触点出现熔焊的情况下，也能够把电源从负载安全的移去。同时，通过内部强制断开触点的结构、启动检测、复位、反馈等功能，以确保安全的状态。 为什么用于安全控制系统输出端的继电器/接触器必须使用带强制断开触点的呢？强制断开触点又是什么意思呢？强制断开触点（Positive-guided Contact）是指继电器/接触器的整个工作过程中，该继电器/接触器的常开触点和常闭触点不同时处于闭合状态的结构，此结构的继电器/接触器主要用于安全控制系统。 那么林林总总的舞台机械设备上什么样的信号是需要进入安全系统进行处理呢？其实机械设备上的紧急停止按钮、安全门开关、操作模式、安全带的控制、升降机气缸的气压监控、液压油缸的速度监控、位置监控、制动、链条和电机的控制和监控、安检、门控、接近开关的时序检验等都需要安全控制系统进行处理，并做出判断，保证人员在设备出现异常状况时，保护人员的人身安全。 (源自：中华机械网) |
