淺談數(shù)控車床伺服系統(tǒng)對數(shù)控機床的重要性

論數(shù)控機床伺服系統(tǒng)對數(shù)控機床的重要性

數(shù)控技術是數(shù)字程序控制數(shù)控機械實現(xiàn)自動工作的技術。它廣泛用于機械制造和自動化領域，較好地解決多品種、小批量和復雜零件加工以及生產(chǎn)過程自動化問題。隨著計算機、自動控制技術的飛速發(fā)展，數(shù)控技術已廣泛地應用于數(shù)控機床、機器人以及各類機電一體化設備上。同時，社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對數(shù)控裝置和數(shù)控機械要求在理論和應用方面有迅速的發(fā)展和提高。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機床的重要組成部分，數(shù)控機床的精度和速度指標等往往由伺服系統(tǒng)決定。隨著技術的發(fā)展，高精度、高性能的交流伺服已成為伺服系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。

數(shù)控車床又稱為 CNC車床，即計算機數(shù)字控制車床，是目前國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，一般由輸入、輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測反饋裝置和機床主機等組成。它是數(shù)控機床的主要品種之一，解決了大部分機械零件的自動化加工問題成為最主要的機械加工設備，在數(shù)控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。

數(shù)控機床伺服系統(tǒng)驅(qū)動按有無反饋檢測單元分為閉環(huán)和開環(huán)兩種類型，這兩種類型的數(shù)控機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成不完全相同。但不管是哪種類型，執(zhí)行元件及其驅(qū)動控制單元都必不可少。驅(qū)動控制單元的作用是將進給指令轉化為驅(qū)動執(zhí)行元件所需要的信號形式，執(zhí)行元件則將該信號轉化為相應的機械位移。對于閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)來說，它是由執(zhí)行元件、驅(qū)動控制單元、比較控制環(huán)節(jié)、反饋檢測單元、以及機床等組成。反饋檢測單元將工作臺的實際位置檢測后反饋給比較控制環(huán)節(jié)，比較控制環(huán)節(jié)將指令信號和反饋信號進行比較，以兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差給驅(qū)動控制單元，驅(qū)動和控制執(zhí)行元件帶動工作臺運動。在CNC系統(tǒng)中，由于計算機的引入，比較控制環(huán)節(jié)的功能由軟件完成，從而導致系統(tǒng)結構的一些改變，但基本上還是由執(zhí)行元件、反饋檢測單元、比較控制環(huán)節(jié)、驅(qū)動控制單元和機床組成。

數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區(qū)分出來的，反饋檢測元件的精度對系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用?？梢哉f，數(shù)控機床的加工精度主要由檢測系統(tǒng)的精度決定。位移檢測系統(tǒng)能夠測量的最小位移量稱做分辨率。分辨率不僅取決于檢測元件本身，也取決于測量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數(shù)量級。
數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的可靠度是評價可靠性的主要定量指標之一，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。對數(shù)控機床來說，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機床的使用功能，例如數(shù)控機床的各種機能，伺服性能等。平均故障（失效）間隔時間（MTBF）是指發(fā)生故障經(jīng)修理或更換零件還能繼續(xù)工作的可修復設備或系統(tǒng)、數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)從一次故障到下一次故障的平均時間，數(shù)控機床常用它作為可靠性的定量指標。

數(shù)控機床伺服系統(tǒng)由于數(shù)控裝置采用微機后，其可靠性大大提高，所以伺服系統(tǒng)的可靠性就相對突出。它的故障主要來自伺服元件及機械傳動部分。通常液壓伺服系統(tǒng)的可靠性比電氣伺服系統(tǒng)差，電磁閥、繼電器等電磁元件的可靠性較差，應盡量用無接觸點元件代替。

目前數(shù)控機床因受元件質(zhì)量、工藝條件及費用等限制，其可靠性還不很高。

1. 伺服的高分辨率可以有效滿足數(shù)控系統(tǒng)對高精度的要求。

2. 伺服的響應頻寬范圍廣，可以有效適應數(shù)控系統(tǒng)對負載變化和快速響應的要求。

3. 伺服提供豐富的參數(shù)設置，通過設置電子齒輪比、分頻系數(shù)、S型曲線、增益濾波參數(shù)等可以有效的配合上位機系統(tǒng)完成加工。

4. 伺服低速穩(wěn)態(tài)精度高、調(diào)速范圍廣，可以適應有些特殊行業(yè)對速度的要求。

5. 伺服的可靠性好，可以使用各種惡劣環(huán)境，有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力。

總之，數(shù)控機床伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機床的重要功能部件，數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。