數控機床伺服系統的分類(lèi)及其應用要求

數控機床伺服系統又稱(chēng)為位置隨動(dòng)系統, 簡(jiǎn)稱(chēng)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(jìn)給運動(dòng)的執行機構，在許多自動(dòng)化控制領(lǐng)域廣泛應用。數控機床伺服系統的種類(lèi)繁多、技術(shù)原理各具特色，這對其應用帶來(lái)很大的困擾，本文就數控機床伺服系統的分類(lèi)及其應用要求做簡(jiǎn)單介紹。
　　一、數控機床伺服系統的分類(lèi)
　　數控機床伺服系統按其用途和功能分為進(jìn)給驅動(dòng)系統和主軸驅動(dòng)系統;按其控制原理和有無(wú)位置檢測反饋環(huán)節分為開(kāi)環(huán)系統和閉環(huán)系統;按驅動(dòng)執行元件的動(dòng)作原理分為電液伺服驅動(dòng)系統和電氣伺服驅動(dòng)系統。電氣伺服驅動(dòng)系統又分為直流伺服驅動(dòng)系統和交流伺服驅動(dòng)系統。
　　1.?進(jìn)給驅動(dòng)與主軸驅動(dòng)
　　進(jìn)給驅動(dòng)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(jìn)給運動(dòng)，并提供切削過(guò)程所需的轉矩。主軸驅動(dòng)控制機床主軸的旋轉運動(dòng)，為機床主軸提供驅動(dòng)功率和所需的切削力。一般地，對于進(jìn)給驅動(dòng)系統，主要關(guān)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(dòng)態(tài)響應速度的快慢。對于主軸驅動(dòng)系統，主要關(guān)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(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制
　　數控機床伺服驅動(dòng)系統按有無(wú)位置反饋分兩種基本的控制結構，即開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制，如圖5--1所示。由此形成位置開(kāi)環(huán)控制系統和位置閉環(huán)控制系統。閉環(huán)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(jìn)一步分為半閉環(huán)伺服驅動(dòng)控制系統和全閉環(huán)伺服驅動(dòng)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(dòng)控制系統為全閉環(huán)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(dòng)控制系統則為半閉環(huán)控制系統?，F代數控機床的伺服驅動(dòng)多采用閉環(huán)控制系統。開(kāi)環(huán)控制系統常用于經(jīng)濟型數控或老設備的改造。
　　3.?直流伺服驅動(dòng)與交流伺服驅動(dòng)
　　70年代和80年代初，數控機床多采用直流伺服驅動(dòng)。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(guò)載能力強，而且，由于電機慣性與機床傳動(dòng)部件的慣量相當，構成閉環(huán)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(dòng)裝置，比較適應數控機床對頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，以及快速定位、切削的要求。但直流電機一個(gè)最大的特點(diǎn)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(fā)展，使其應用受到限制。
　　進(jìn)入80年代，在電機控制領(lǐng)域交流電機調速技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，交流伺服驅動(dòng)系統大舉進(jìn)入電氣傳動(dòng)調速控制的各個(gè)領(lǐng)域。交流伺服驅動(dòng)系統的最大優(yōu)點(diǎn)是交流電機容易維修，制造簡(jiǎn)單，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，適合于在較惡劣的環(huán)境中使用。同時(shí)，從減少伺服驅動(dòng)系統外形尺寸和提高可靠性角度來(lái)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(guò)程后，達到新的或者恢復到原來(lái)的平衡狀態(tài)。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(dòng)態(tài)品質(zhì)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(chǎn)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(jìn)給坐標的伺服控制屬于恒轉矩控制，在整個(gè)速度范圍內都要保持這個(gè)轉矩;主軸坐標的伺服控制在低速時(shí)為恒轉矩控制，能提供較大轉矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。