數控機床伺服系統的分類及應用要求

數控伺服系統是數控機床的重要組成部分，用于實現數控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。數控伺服系統的作用是把接受來自數控裝置的指令信息，經功率放大、整形處理后，轉換成機床執行部件的直線位移或角位移運動。由于數控伺服系統是數控機床的最后環節，其性能將直接影響數控機床的精度和速度等技術指標。因此，對數控機床的伺服驅動裝置，要求具有良好的快速反應性能，準確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號，并能忠實地執行來自數控裝置的指令，提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。測量元件將數控機床各坐標軸的實際位移值檢測出來并經反饋系統輸入到機床的數控裝置中。數控機床伺服系統又稱為位置隨動系統,簡稱為伺服系統。數控機床伺服系統是把數控信息轉化為機床進給運動的執行機構，在許多自動化控制領域廣泛應用。數控機床伺服系統的種類繁多、技術原理各具特色，這對其應用帶來很大的困擾，本文就數控機床伺服系統的分類及其應用要求做簡單介紹。

一、數控機床伺服系統的分類

數控機床伺服系統按其用途和功能分為進給驅動系統和主軸驅動系統;按其控制原理和有無位置檢測反饋環節分為開環系統和閉環系統;按驅動執行元件的動作原理分為電液伺服驅動系統和電氣伺服驅動系統。電氣伺服驅動系統又分為直流伺服驅動系統和交流伺服驅動系統。

1.進給驅動與主軸驅動

進給驅動是用于數控機床工作臺或刀架坐標的控制系統，控制機床各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程所需的轉矩。主軸驅動控制機床主軸的旋轉運動，為機床主軸提供驅動功率和所需的切削力。一般地，對于進給驅動系統，主要關心它的轉矩大小、調節范圍的大小和調節精度的高低，以及動態響應速度的快慢。對于主軸驅動系統，主要關心其是否具有足夠的功率、寬的恒功率調節范圍及速度調節范圍。

2.開環控制和閉環控制

數控機床伺服驅動系統按有無位置反饋分兩種基本的控制結構，即開環控制和閉環控制，如圖5--1所示。由此形成位置開環控制系統和位置閉環控制系統。閉環控制系統又可根據位置檢測裝置在機床上安裝的位置不同，進一步分為半閉環伺服驅動控制系統和全閉環伺服驅動控制系統。若位置檢測裝置安裝在機床的工作臺上，構成的伺服驅動控制系統為全閉環控制系統;若位置檢測裝置安裝在機床絲杠上，構成的伺服驅動控制系統則為半閉環控制系統。現代數控機床的伺服驅動多采用閉環控制系統。開環控制系統常用于經濟型數控或老設備的改造。

3.直流伺服驅動與交流伺服驅動

70年代和80年代初，數控機床多采用直流伺服驅動。直流大慣量伺服電機具有良好的寬調速性能，輸出轉矩大，過載能力強，而且，由于電機慣性與機床傳動部件的慣量相當，構成閉環后易于調整。而直流中小慣量伺服電機及其大功率晶體管脈寬調制驅動裝置，比較適應數控機床對頻繁啟動、制動，以及快速定位、切削的要求。但直流電機一個最大的特點是具有電刷和機械換向器，這限制了它向大容量、高電壓、高速度方向的發展，使其應用受到限制。

進入80年代，在電機控制領域交流電機調速技術取得了突破性進展，交流伺服驅動系統大舉進入電氣傳動調速控制的各個領域。交流伺服驅動系統的最大優點是交流電機容易維修，制造簡單，易于向大容量、高速度方向發展，適合于在較惡劣的環境中使用。同時，從減少伺服驅動系統外形尺寸和提高可靠性角度來看，采用交流電機比直流電機將更合理。

二、數控機床伺服系統的應用要求

(1)精度高伺服系統的精度是指輸出量能復現輸入量的精確程度。包括定位精度和輪廓加工精度。

(2)穩定性好穩定是指系統在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態。直接影響數控加工的精度和表面粗糙度。

(3)快速響應快速響應是伺服系統動態品質的重要指標，它反映了系統的跟蹤精度。

(4)調速范圍寬調速范圍是指生產機械要求電機能提供的最高轉速和最低轉速之比。0~30m/min。

(5)低速大轉矩進給坐標的伺服控制屬于恒轉矩控制，在整個速度范圍內都要保持這個轉矩;主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉矩控制，能提供較大轉矩。在高速時為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。