Als entscheidende Funktionskomponente von CNC-Werkzeugmaschinen sind die Eigenschaften von Servoantrieben seit jeher ein wichtiger Indikator für die Bearbeitungsleistung dieser Maschinen. In den letzten Jahren wurden im In- und Ausland verschiedene Servoantriebstechnologien entwickelt, um die dynamischen und statischen Eigenschaften von Servoantrieben zu verbessern. Mit der Entwicklung fortschrittlicher Technologien wie Hochgeschwindigkeitsschneiden, Ultrapräzisionsbearbeitung und vernetzter Fertigung werden volldigitale AC-Servoantriebssysteme mit Netzwerkschnittstellen, lineare Servosysteme und Hochgeschwindigkeits-Elektrospindeln voraussichtlich in den Fokus der Werkzeugmaschinenindustrie rücken und die Zukunft der Servoantriebssysteme prägen. Die Servoantriebstechnologie hat drei Entwicklungsstufen durchlaufen: DC-Servoantriebe, bürstenlose DC-Servoantriebe und AC-Permanentmagnet-Synchron-Servoantriebe. Angesichts der steigenden Anforderungen an hohe Geschwindigkeit, Präzision und Effizienz in der modernen Fertigung bieten AC-Permanentmagnet- Synchron-Servoantriebe Vorteile wie hohes Ansprechverhalten, wartungsfreien Betrieb (ohne Kohlebürsten, Kommutatoren oder andere verschleißanfällige Komponenten) und hohe Zuverlässigkeit. Durch den Einsatz von Mikroprozessortechnologie, leistungsstarken Halbleiterbauelementen und Fertigungsverfahren für Permanentmagnetmotoren sowie ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis hat sich die Servoantriebstechnik zu einer der Basistechnologien für die industrielle Automatisierung entwickelt. Auf der Hannover Messe 2005 zeichneten sich zwei Entwicklungstrends ab: Die vollständige Digitalisierung ist der unaufhaltsame Trend für die zukünftige Entwicklung der Servoantriebstechnik. Sie umfasst nicht nur die Digitalisierung der internen Steuerung des Servoantriebs und der Schnittstelle zwischen Servoantrieb und CNC-System, sondern auch die Digitalisierung der Messeinheit. Daher sind die vollständige Digitalisierung der drei Regelkreise (Positions-, Drehzahl- und Stromregelkreis) innerhalb des Servoantriebs, der Feldbusschnittstelle und der digitalen Schnittstelle vom Encoder zum Servoantrieb wichtige Indikatoren für die vollständige Digitalisierung. Mit der zunehmenden Komplexität der mikroelektronischen Fertigungsprozesse und dem Einsatz neuer Hochgeschwindigkeits-Mikroprozessoren, insbesondere digitaler Signalprozessoren (DSP), hat sich die Rechengeschwindigkeit exponentiell erhöht. Die Digitalisierung der Drei-Regelkreise (Positions-, Drehzahl- und Stromregelung) im Servoantrieb ist eine entscheidende Voraussetzung für hohes Ansprechverhalten, hohe Leistung und hohe Zuverlässigkeit. Sämtliche Regelungsberechnungen des Servoantriebs können vom internen DSP durchgeführt werden, wodurch die Anforderungen an eine schnelle Echtzeitregelung des Servoregelkreises erfüllt werden. Einige Produkte integrieren sogar die Peripherieschaltungen für die Motorsteuerung in den DSP-Kern und ermöglichen so die Implementierung neuer Regelungsalgorithmen wie Drehzahl- und Beschleunigungsvorsteuerung, Tiefpassfilterung und Dämpfungsfilterung. Herkömmliche analoge Steuerschnittstellen für Servoantriebe sind anfällig für externe Signalstörungen und weisen geringe Übertragungsdistanzen auf. Die in China weit verbreiteten Impulssteuerschnittstellen für Servoantriebe sind keine echten digitalen Schnittstellen. Aufgrund der begrenzten Impulsfrequenz erfüllen diese Schnittstellen nicht die Anforderungen an eine schnelle und präzise Regelung. Der Einsatz einer digitalen Steuerschnittstelle mittels Feldbus ist daher unerlässlich, um eine schnelle und präzise Regelung in Servoantrieben zu realisieren. Daher haben ausländische Unternehmen in den letzten Jahren eigene digitale Schnittstellenprotokolle und -standards eingeführt, wie beispielsweise FANUCs Serial Servo Bus (FSSB), Siemens' Profibus-DP, Mitsubishis CC-Link und Xerox' SERCOS. Die vollständige Digitalisierung erstreckt sich nun auch auf die Schnittstellen der Messeinheiten. HEIDENHAIN in Deutschland hat die Teilungsfunktionen verschiedener Gebertypen, wie Absolut-, Inkremental- und Sinus-/Kosinus-Geber, im Geber-Verbindungsprotokoll EnDae2.2 vereinheitlicht. Die Teilung erfolgt intern im Geber und wird anschließend über eine digitale Schnittstelle an den Servoantrieb übertragen; dies ist echte vollständige Digitalisierung. Hohe Leistungsfähigkeit zeichnet sich durch hohe Präzision, hohe Dynamik, hohe Steifigkeit, hohe Überlastfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit, hohe elektromagnetische Verträglichkeit, hohe Netzanpassungsfähigkeit und hohe Wirtschaftlichkeit aus. Auf der Hannover Messe 2005 präsentierte FANUC aus Japan seine Servoregelungstechnologie HRV4. Das Servosystem HRV4 übernimmt und optimiert die Vorteile des HRV3 und zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: Positionsvorgaben im Nanometerbereich; ein hochauflösender αi-Impulsgeber mit 16 Millionen Umdrehungen pro Sekunde (16 Millionen U/min) für nanometergenaue Servoregelung; ein ultraschneller Servoprozessor zur Steuerung von Motordrehzahlen bis zu 60.000 U/min; und ein Regelalgorithmus, der den maximalen Steuerstrom des Servomotors um 50 % und die Wärmeentwicklung des Motors um 17 % reduziert. Dies führt zu höherer Steifigkeit und Überlastfähigkeit des Servoantriebs. Unternehmen legen zunehmend Wert auf die dynamischen Eigenschaften von Servos. So demonstrierte Heidenhain beispielsweise auf der Hannover Messe 2005 den Einfluss von Gebern unterschiedlicher Auflösung auf das Drehmomentwelligkeit und zeigte, dass eine höhere Geberauflösung die Drehmomentwelligkeit in Servoantrieben deutlich reduzieren kann. Die Entwicklung der elektronischen Leistungselektronik hat die Schaltfrequenz von Leistungskomponenten im Hauptstromkreis von Servosystemen von 2–5 kHz auf über 10 kHz erhöht. Der Einsatz fortschrittlicher Bauelemente wie Hochleistungs-IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) und intelligenter Leistungssteuermodule (IPMs) hat den Stromverbrauch der Servotreiber-Ausgangsschaltung deutlich gesenkt, die Ansprechgeschwindigkeit und Stabilität des Systems verbessert und das Betriebsgeräusch reduziert. Diese Fortschritte haben nicht nur die Grundlage für volldigitale, schnelle und hochpräzise AC-Servosysteme geschaffen, sondern auch deren Miniaturisierung ermöglicht. Die Direktantriebstechnologie, einschließlich Linear-Servoantrieben mit hohem Schub und Drehmoment, unterscheidet sich von herkömmlichen Spindelantrieben dadurch, dass sie alle mechanischen Übertragungsglieder zwischen Motor und beweglichem/rotierendem Arbeitstisch eliminiert und so die Länge der Vorschubkette der Werkzeugmaschine effektiv auf null reduziert. Dieses übertragungsfreie Verfahren ermöglicht Leistungskennzahlen, die mit Spindelantrieben nicht erreichbar sind, wie z. B. Beschleunigungen von über 3 g, das 10- bis 20-Fache herkömmlicher Antriebssysteme, und Vorschubgeschwindigkeiten, die 4- bis 5-mal höher sind. Die Direktantriebstechnologie ist ein idealer Antriebsmodus für hochpräzise CNC-Werkzeugmaschinen mit hoher Geschwindigkeit und erfährt daher große Aufmerksamkeit von Werkzeugmaschinenherstellern, was zu einer rasanten technologischen Entwicklung geführt hat. In den letzten Jahren haben Dutzende internationaler Unternehmen Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinen mit Linearmotoren vorgestellt. Einige Hersteller haben die Bewegungsbeschleunigung der Werkzeugmaschinen auf 2–3 g und die Eilganggeschwindigkeit auf 150–240 m/min erhöht. MAZAK wird ein Überschall-Bearbeitungszentrum auf Basis eines Linearservosystems mit einer Schnittgeschwindigkeit von Mach 8, einer maximalen Spindeldrehzahl von 80.000 U/min, einer Eilganggeschwindigkeit von 500 m/min und einer Beschleunigung von 6 g auf den Markt bringen. Dies zeigt, dass die zweite Generation von Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinen, repräsentiert durch Linearservos, die Nachteile von Linearmotoren hinsichtlich Wärmeentwicklung, Schutzanforderungen und hoher Kosten überwunden hat und sich schrittweise der praktischen Anwendung nähert. Ende 2005 besuchte der Autor das Werk von Mori Seiki in Japan und war besonders beeindruckt vom umfassenden Einsatz selbstentwickelter Hochleistungs-Servoantriebe in den Werkzeugmaschinen von Mori Seiki. Im Vergleich zu herkömmlichen Schneckengetrieben vereinfachen diese Servoantriebe die Struktur der Drehachse der Werkzeugmaschine erheblich, erhöhen die Drehzahl des Drehtisches signifikant und verbessern das dynamische Ansprechverhalten deutlich. Eine elektrische Spindel ist ein Produkt, das Elektromotor und Spindel integriert. Stator und Rotor des Spindelmotors sind direkt in die Spindeleinheit integriert, wobei der Rotor des Motors den rotierenden Teil der Spindel bildet. Durch den Wegfall der Verbindung zwischen Getriebe und Motor entsteht ein integriertes, getriebeloses Spindelsystem. Dadurch bietet sie Vorteile wie kompakte Bauweise, geringes Gewicht, niedrige Trägheit und gute dynamische Eigenschaften. Sie verbessert außerdem die dynamische Balance der Werkzeugmaschine, vermeidet Vibrationen und Geräusche und wird daher häufig in Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinen eingesetzt. Elektrische Spindeln nutzen in der Regel die Vektorregelung zur Frequenzumwandlung für den Antrieb. Die Spindeldrehzahlen ausländischer Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmaschinen liegen im Allgemeinen zwischen 12.000 und 25.000 U/min und erreichen Spitzenwerte von 70.000 bis 80.000 U/min. Aktueller Stand der Servoantriebssysteme in China Anfang der 1980er-Jahre führte China fortschrittliche ausländische Technologien ein, verarbeitete und integrierte sie. Während des siebten, achten und neunten Fünfjahresplans wurden bedeutende wissenschaftliche und technologische Durchbrüche in der Servoantriebstechnik erzielt, die zu gewissen Erfolgen führten. In den 1980er-Jahren investierte China massiv in den Import von Servoantriebstechnologie von Siemens. Aufgrund der Einführung veralteter Technologie und der fehlenden eigenständigen Integration und Anwendung konnte jedoch keine Industrialisierung erreicht werden. Diese schmerzhafte historische Lektion lehrte uns eine wichtige Wahrheit: Strategische Spitzentechnologien wie Servoantriebe lassen sich nicht einfach importieren; die blinde Nachahmung ausländischer Technologien führt nur zu Rückstand und macht sie angreifbar; der einzige Ausweg ist die Förderung eigenständiger Innovationen. Die Huazhong-Universität für Wissenschaft und Technologie zählt zu den Wiegen der eigenständig entwickelten Servoantriebstechnologie Chinas. Bereits im Rahmen des Achten Fünfjahresplans begannen die Fakultäten für Automatisierung und Elektrotechnik der Universität mit der Forschung und Entwicklung von Servoantrieben. 1996 entwickelte die Fakultät für Automatisierung in Zusammenarbeit mit Huazhong Numerical Control einen mikrocontrollerbasierten analog-digitalen Hybrid-Wechselstromservoantrieb (Serie HSV-9) mit analoger Stromregelung und Spindelantrieb. Später folgte die Entwicklung eines volldigitalen, DSP-basierten Wechselstromservoantriebs (HSV-16/18/20), der in Serie gefertigt wurde. Bis heute wurden über 30.000 Einheiten produziert und verkauft. Das Produkt gilt als bedeutende nationale Errungenschaft und wichtiges nationales neues Produkt. Die Fakultät für Elektrotechnik der Huazhong-Universität industrialisierte in Zusammenarbeit mit Guangzhou CNC und Shanghai Kaitong CNC die Servoantriebstechnologie. Die volldigitalen Servosteuergeräte der DSCU-Serie und die volldigitalen Spindelsteuergeräte der DSSU-Serie von Beijing Aerospace CNC Co., Ltd. sowie die volldigitalen Servosteuergeräte, Spindelsteuergeräte und Motoren von Beijing Kaiqi CNC Equipment Complete Set Co., Ltd. finden breite Anwendung. Ihre Vorschubservoleistung reicht von 20 W bis 7,5 kW, ihre Spindelservoleistung von 3,5 kW bis 22 kW und deckt damit die Bedürfnisse von Unternehmen ab. Die von Beijing Shiguang Technology Co., Ltd. entwickelte „volldigitale AC-Servosteuerungstechnologie“ nutzt ein 32-Bit-Mikroprozessor-basiertes System-on-a-Chip und intelligente Leistungselektronik und ermöglicht die hochpräzise Servosteuerung von Drehstrom-Asynchronmotoren (Käfigläufermotoren). Auf dieser Technologie aufbauend lassen sich die Servoregler der IMS-Serie flexibel und präzise programmieren, um Position, Drehzahl, Beschleunigung und Drehmoment des Motors hochpräzise zu steuern. Diese Produkte finden breite Anwendung in Werkzeugmaschinen, Aufzügen, Verpackungsmaschinen, Druckmaschinen, Kunststoffmaschinen, Fördertechnik, Elektrofahrzeugen und automatisierten Produktionslinien und erhalten positives Feedback von den Anwendern. Seit 2003 vollzieht sich in China ein weitgehender Übergang von Schrittmotor- zu Servoantrieben bei kostengünstigen CNC-Systemen. Die in China entwickelte Servoantriebstechnologie hat maßgeblich zur Modernisierung der chinesischen CNC-Systemindustrie beigetragen, und auch die Servoantriebsbranche selbst hat große Fortschritte erzielt. Aktuell besteht jedoch hinsichtlich Leistung und Zuverlässigkeit noch eine Lücke zwischen chinesischen Servoantriebssystemen und ausländischen Produkten. Dies gilt insbesondere für volldigitale Hochleistungs-Servoantriebstechnologie, wo im Vergleich zu führenden internationalen Unternehmen weiterhin ein deutlicher Rückstand besteht, der die Entwicklung der chinesischen CNC-Systemindustrie im mittleren und oberen Preissegment hemmt. Huazhong CNC Servo-Produkte und Technologiemerkmale: Seit seiner Gründung pflegt Huazhong CNC eine enge Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Regelungstechnik der Huazhong University of Science and Technology bei der Entwicklung von Servoprodukten. Als erstes Unternehmen in China entwickelte und produzierte Huazhong Numerical Control erfolgreich den HSV-9 AC-Servoantrieb auf Mikroprozessorbasis. Später übernahm das Unternehmen die Forschung und Entwicklung von sieben nationalen Projekten, darunter das nationale Schlüsselprojekt „Forschung, Entwicklung und Anwendung eines volldigitalen AC-Servoantriebssystems und eines AC-Spindel-Servosteuerungssystems“ im Rahmen des 15. Fünfjahresplans, das nationale Projekt 863 „EQ6110HEV Hybrid-Stadtbusmotor und sein Steuerungssystem“ im Rahmen des 15. Fünfjahresplans, das nationale Technologieinnovationsprojekt „Volldigitale intelligente AC-Vorschubeinheit“ sowie das KMU-Innovationsfondsprojekt „Ingenieurforschung eines Hochleistungs-Servoantriebssystems“. In den letzten Jahren entwickelte Huazhong Numerical Control eine Reihe von AC-Servoantrieben und AC-Servomotoren mit eigenen Schutzrechten. Der volldigitale AC-Servoantrieb der HSV-16-Serie ist ein neues Produkt, das die Produktleistung weiter verbessert und perfektioniert. Die Hardwareumgebung des Treibers besteht aus einem leistungsstarken, speziell für die Motorsteuerung entwickelten digitalen Signalprozessor (DSP), einem großflächigen FPGA (Field-Programmable Logic Array) und einem intelligenten Leistungsmodul (IPM). Sie ist einfach zu bedienen, äußerst zuverlässig, kompakt und leicht zu installieren. Sie verfügt über Selbsttest- und Selbstdiagnosefunktionen sowie umfassende Software- und Hardware-Schutzfunktionen für verschiedene Fehlerzustände wie Kurzschluss, Überstrom, Überspannung, Unterspannung, Pumpen und Überhitzung. Die volldigitale AC-Servoantriebseinheit und Spindeleinheit der HSV-18D-Serie ist mit modernster Technologie ausgestattet, wird direkt mit 380 V AC betrieben und ermöglicht die Regelung von Drehmoment, Drehzahl und Position für verschiedene AC-Motoren, darunter Permanentmagnet-Synchronmotoren, bürstenlose DC-Motoren und AC-Induktionsmotoren (AC-Asynchronmotoren). Um die Produktzuverlässigkeit zu verbessern und den anspruchsvollen Einsatzbedingungen inländischer Anwender Rechnung zu tragen, sind die Servoantriebe von Huazhong CNC gemäß der europäischen EMV-Norm Stufe IV konstruiert. Diese ist doppelt so hoch wie die nationale Norm (europäische EMV Stufe III). Huazhong CNC-Produkte weisen einen zulässigen Spannungsbereich von ±20 % auf, während die nationale Norm einen Bereich von +10 % bis -15 % vorschreibt. Wechselstrom-Servomotoren gehören zu den Schlüsselkomponenten von CNC-Systemen. Früher wurden sie hauptsächlich importiert, was nicht nur teuer war, sondern auch die Auswahl einschränkte und lange Lieferzeiten mit sich brachte. Kerntechnologien wurden von ausländischen Unternehmen kontrolliert, und Systemmodernisierungen gestalteten sich schwierig. Motorkosten, -typen und Lieferzeiten hemmten die Entwicklung der CNC-Systemindustrie erheblich. Zu diesem Zweck begann Huazhong CNC im Jahr 2000 mit den Vorbereitungen für die eigenständige Forschung und Entwicklung einer AC-Servomotorenserie. Dazu investierte das Unternehmen in die Shanghai Dengqi Electromechanical Technology Co., Ltd. und gründete diese, um die Permanentmagnet-Synchron-AC-Servomotoren der Serien GK6 und GK7 sowie die AC-Servospindeln der Serie GM7 mit eigenen Schutzrechten zu entwickeln. In der frühen Entwicklungsphase wurden fortschrittliche Technologien aus dem In- und Ausland, darunter von Siemens (Deutschland), Yaskawa (Japan), Sanyo (Japan) und Panasonic (Japan), umfassend berücksichtigt. Unter Berücksichtigung der Bedürfnisse inländischer Anwender und des Marktes wurde die Serie GK6 der Permanentmagnet-Synchron-Servomotoren im Jahr 2001 erfolgreich eigenständig entwickelt. Diese Motorenserie verfügt über eine gestapelte und freiliegende Statorblechkonstruktion zur direkten Wärmeableitung ohne Luftspalte. Sie verwendet Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien mit ultrahoher intrinsischer Koerzitivfeldstärke zur Erzeugung eines Luftspalt-Magnetfelds. Das Unternehmen nutzt die einzige im Inland entwickelte Produktionsanlage zur integralen Magnetisierung der schräg angeordneten Rotormagnete. Dadurch wird sichergestellt, dass die Servomotoren frei von magnetischer Adhäsion sind, was Verluste reduziert, Magnetfeldvibrationen und Geräusche minimiert und eine höhere Leistung erzielt. Die integrierte Bearbeitungstechnologie führt zu geringen Motorvibrationen und einem ruhigen Lauf. Aktuell reicht das Nenndrehmoment der Produkte von 0,6 bis 1000 Nm, die Nenndrehzahlen liegen bei 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 und 6000 U/min. Die erfolgreiche Markteinführung dieser Motorenserie hat Huazhong CNC und anderen inländischen CNC-Unternehmen kostengünstige, zeitnahe und kundenspezifische Servomotoren ermöglicht. Aufbauend auf der erfolgreichen Entwicklung und Vermarktung von AC-Servomotoren wurde 2004 die GM7-Serie von AC-Spindelmotoren mit variabler Frequenz entwickelt, um die Integration in CNC-Werkzeugmaschinen zu optimieren. Aktuell reicht die Nennleistung dieser Motoren von 2,2 kW bis 100 kW. Sie verfügen über eine spezielle Isolationsstruktur der Klasse F, die Stoßströmen und Koronaentladungen widersteht und so eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit gewährleistet. Ein interner Luftkanal und eine integrierte Statorblechstruktur sorgen für hohe Wärmeableitung und kompakte Bauweise. Der Einsatz integrierter Bearbeitungstechnologie und hochpräziser dynamischer Auswuchtung verbessert die Leistungsfähigkeit bei hohen Geschwindigkeiten, hoher Präzision und Zuverlässigkeit deutlich. Huazhong CNC bietet das umfassendste Sortiment an AC-Servomotoren und AC-Frequenzumrichtern in China. Die Produktion verdoppelt sich jährlich und erreicht eine Kapazität von 20.000 Einheiten pro Jahr. Im Jahr 2006 wurde der Antrag von Huazhong CNC für das Sonderprojekt „Lokalisierung von Ausrüstung“ der Nationalen Entwicklungs- und Reformkommission – die Industrialisierung volldigitaler Servoantriebe und -motoren – von Experten geprüft. Das Unternehmen plant, 70 Millionen Yuan in den Bau eines 10.000 m² großen Produktionswerks für Servoantriebe und -motoren zu investieren, um eine jährliche Produktionskapazität von 100.000 Einheiten zu erreichen. Huazhong CNC hat zudem verschiedene marktspezifische Servoprodukte entwickelt. Die Hochleistungs-Servoantriebe kommen im Ausgleichssystem eines Neigewagens in einem Werk in Chongqing zum Einsatz. Der Reluktanzmotor-Controller wird in Hybridbussen in Wuhan verwendet. Das in Zusammenarbeit mit einem deutschen Unternehmen entwickelte Antriebssystem für Industrienähmaschinen wurde in Serienproduktion verkauft. Die Servospindelmotoren GK6 und GM7 werden in Serie gefertigt und mit vollelektrischen Spritzgießmaschinen eines renommierten chinesischen Herstellers kombiniert. Ein Servoantrieb mit einem Drehmoment von 1000 Nm kommt in der ersten elektrischen Schraubenpresse Chinas zum Einsatz, die vom Werkzeugmaschinenwerk Ezhou entwickelt wurde. Empfehlungen für die Entwicklung der Servoantriebsindustrie in China: Servoantriebe und Servomotoren sind als wichtige Funktionskomponenten von CNC-Werkzeugmaschinen maßgeblich für die Leistungsfähigkeit von CNC-Systemen. Sie machen die Hälfte bis drei Viertel der Gesamtkosten eines CNC-Systems aus. Daher ist die Beherrschung der Servoantriebs- und Servomotortechnologien ein entscheidender Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit eines CNC-Systemherstellers. Servoantriebe erfordern eine leistungsstarke elektrische Steuerung und stellen daher ein Schwachpunkt und einen Engpass in puncto Zuverlässigkeit dar. Erfolgreiche internationale CNC-Systemhersteller verfügen allesamt über eigenständige Servoantriebstechnologie und entsprechende Eigenversorgungskapazitäten. Die Entwicklung einer unabhängigen Servoantriebstechnologie und -industrie in China ist unerlässlich. Folgende Empfehlungen werden ausgesprochen: Die Forschung zur Produktionsprozesstechnologie von Servoantrieben muss deutlich intensiviert werden. Aufbauend auf den Erfolgen des Nationalen 863-Programms, des Innovationsfonds für kleine und mittlere Unternehmen des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie sowie der Schlüsselprojekte des Nationalen „15. Fünfjahresplans“ ist die Technologieplattform für die Steuerung von Servoantrieben in China im Wesentlichen ausgereift. Der Fokus der Produktentwicklung sollte auf Zuverlässigkeitsdesign und -sicherungsmaßnahmen, Produktstruktur und Serienfertigung sowie der Forschung zu Massenproduktionsprozessen liegen. Dies gewährleistet, dass die Produkte den relevanten nationalen Standards entsprechen, die schnell wachsende Marktnachfrage befriedigen und den Marktanteil inländisch produzierter Servoantriebe ausbauen. Es sollten Forschungen zu Leistungsbewertungs- und Verbesserungstechnologien für Hochleistungs-Servoantriebe durchgeführt, die Investitionen in Testmethoden für Servoantriebe erhöht und Leistungsbewertungen von Servoantrieben durchgeführt werden. Auf Basis unabhängiger, objektiver, wissenschaftlicher und praxisorientierter technischer Tests soll ein klares Verständnis der technologischen Trends für die Entwicklung der Servoantriebstechnik in China gewonnen und präzise Produktdaten sowie sinnvolle Beschaffungsempfehlungen erstellt werden. Darauf aufbauend werden inländische Unternehmen bei der Entwicklung von Hochleistungs-Servoantrieben unterstützt. Die technologische Lücke zu ausländischen Hochleistungs-Servoantrieben in Bereichen wie hoher Präzision, hoher Dynamik, hoher Steifigkeit, hoher Überlastfähigkeit, hoher Zuverlässigkeit, hoher elektromagnetischer Verträglichkeit, hoher Netzanpassungsfähigkeit und hoher Kosteneffizienz soll verringert und somit die Zuverlässigkeit chinesischer Produkte verbessert werden. Es sollen chinesische Standards für die digitale Schnittstelle zwischen Servoantrieben und CNC-Systemen formuliert werden. Durch die Nutzung gemeinsamer Spezifikationen und Standards für digitale Schnittstellen von CNC-Systemen und Servoantrieben als Bindeglied sollen Kooperationen und Allianzen innerhalb der inländischen CNC-Systemindustrie gebildet werden. So können die jeweiligen Vorteile genutzt, Entwicklungszyklen verkürzt, Entwicklungskosten gesenkt, komplementäre Systeme gebildet und Synergien geschaffen werden, um mit ausländischen CNC-Systemherstellern konkurrieren zu können. Dadurch wird die Wettbewerbsfähigkeit chinesischer CNC-Werkzeugmaschinen und CNC-Systeme auf dem internationalen Markt gestärkt. Gleichzeitig ist die Beherrschung der Fachsprache im Bereich digitaler Schnittstellenprotokolle und -standards für CNC-Systeme und Servoantriebe entscheidend, um die Position meines Landes in internationalen Normungsorganisationen zu stärken, den heimischen CNC-Markt zu regulieren, Einfluss auf internationale CNC-Unternehmen zu nehmen und technologische Barrieren zum Schutz der Entwicklung der heimischen CNC-Systemindustrie zu errichten. Dies kann die technologische Kluft zwischen der heimischen und der ausländischen CNC-Systemindustrie verringern und den derzeitigen Wettbewerb durch niedrige Preise und geringe Qualität unter den heimischen CNC-Systemherstellern verändern. Erhöhte Investitionen sind erforderlich, um Linear-Servoantriebe mit hohem Schub, Servoantriebe mit hohem Drehmoment und Hochgeschwindigkeits-Spindelantriebe zu entwickeln. Die Direktantriebstechnologie ist die Zukunft der Servoantriebstechnologie. Obwohl die Direktantriebstechnologie in CNC-Werkzeugmaschinen Zwischenschritte eliminiert, eine sogenannte „Null-Übertragung“ ermöglicht und zu einer rationaleren Systemstruktur führt, steht sie als neue Anwendungstechnologie noch vor vielen praktischen technischen Herausforderungen. Dazu gehören die Störfestigkeit des Regelsystems gegenüber zahlreichen Unsicherheitsfaktoren wie Parameterabweichungen und Laststörungen, die erzwungene Wärmeabfuhr des Servomotors, die Problematik der schnellen Energieaufnahme beim Bremsen sowie strenge Maßnahmen zum Schutz vor Staub und Magnetfeldern. All diese praktischen Probleme erfordern weitere Lösungen und technologische Verbesserungen.