伺服控制在数控机床上的应用

    内容摘要：目前伺服系统在机床行业领域的应用已经非常广泛。卧式数控机床由CNC控制器，伺服驱动及电机、电器柜和数控机床的机架四部分组成。在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。

　　目前伺服系统在机床行业领域的应用已经非常广泛。作为机床工具，尤其是数控机床的重要功能部件，伺服系统是影响系统加工性能的重要指标。随着数控机床的发展，伺服控制系统在机床行业的应用也不断完善。
　　
　　卧式数控机床由CNC控制器，伺服驱动及电机、电器柜和数控机床的机架四部分组成。其工作原理是：通过CNC内配置的专用编程软件，将加工零件的的轨迹用坐标的方式表达出来，把这些信息转化成能使驱动伺服电机的带有功率的信号(脉冲串)，控制伺服电机带动相应轴来实现运动轨迹。同时，刀架上配有数控车刀，通过按加工材质配置相应的刀具，对固定于主轴上的加工材料进行切削，即可加工出相应的工件。

　　在数控机床上，伺服调控系统是其不可缺少的一部分。其任务是把数控信息转化为机床进给运动，从而实现精准控制。由于数控机床对产品加工时要求高，所以采用的伺服控制系统十分关键。

　　目前在数控机床上使用的伺服控制系统，其优点主要有：精度高，伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。包括定位精度和轮廓加工精度；稳定性好，稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。直接影响数控加工的精度和表面粗糙度；快速响应，快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度；调速范围宽，其调速范围可达0—30m/min；低速大转矩，进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个速度范围内都要保持这个转矩，主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩，在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。

　　在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。模拟伺服用途单一，只接收模拟信号，位置控制通常由上位机实现。数字伺服可实现一机多用，如做速度、力矩、位置控制。可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以数字方式设定，稳定性好。具有较丰富的自诊断、报警功能。软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统。其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。使用时可由用户设定代码与相关的数据即自动进入工作状态。配有数字接口，改变工作方式、更换电动机规格时，只需重设代码即可，故也称万能伺服。

　　交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。

　　目前在机床行业，国内外众多厂商都有该行业的伺服产品，其中国外的西门子、博世力士乐，国内的东能、汇川、台达等产品在2011年的市场表现较好。