淺談數(shù)控車床伺服系統(tǒng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的重要性

論數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的重要性

數(shù)控技術(shù)是數(shù)字程序控制數(shù)控機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作的技術(shù)。它廣泛用于機(jī)械制造和自動(dòng)化領(lǐng)域，較好地解決多品種、小批量和復(fù)雜零件加工以及生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人以及各類機(jī)電一體化設(shè)備上。同時(shí)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)械要求在理論和應(yīng)用方面有迅速的發(fā)展和提高。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，數(shù)控機(jī)床的精度和速度指標(biāo)等往往由伺服系統(tǒng)決定。隨著技術(shù)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(shì)。

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

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)按有無(wú)反饋檢測(cè)單元分為閉環(huán)和開(kāi)環(huán)兩種類型，這兩種類型的數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)控制單元都必不可少。驅(qū)動(dòng)控制單元的作用是將進(jìn)給指令轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需要的信號(hào)形式，執(zhí)行元件則將該信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械位移。對(duì)于閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它是由執(zhí)行元件、驅(qū)動(dòng)控制單元、比較控制環(huán)節(jié)、反饋檢測(cè)單元、以及機(jī)床等組成。反饋檢測(cè)單元將工作臺(tái)的實(shí)際位置檢測(cè)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(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)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(dòng)控制單元，驅(qū)動(dòng)和控制執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。在CNC系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)的引入，比較控制環(huán)節(jié)的功能由軟件完成，從而導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些改變，但基本上還是由執(zhí)行元件、反饋檢測(cè)單元、比較控制環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)控制單元和機(jī)床組成。

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度。因此位置精度是一個(gè)極為重要的指標(biāo)。數(shù)控機(jī)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(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對(duì)位置檢測(cè)元件提出精度的要求。因?yàn)樵陂]環(huán)控制系統(tǒng)中，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)對(duì)于檢測(cè)元件本身的誤差和被檢測(cè)量的偏差是很難區(qū)分出來(lái)的，反饋檢測(cè)元件的精度對(duì)系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用?？梢哉f(shuō)，數(shù)控機(jī)床的加工精度主要由檢測(cè)系統(tǒng)的精度決定。位移檢測(cè)系統(tǒng)能夠測(cè)量的最小位移量稱做分辨率。分辨率不僅取決于檢測(cè)元件本身，也取決于測(cè)量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當(dāng)量，一般要求比加工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的可靠度是評(píng)價(jià)可靠性的主要定量指標(biāo)之一，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。對(duì)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，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(dòng)、電源、干擾強(qiáng)度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機(jī)床的使用功能，例如數(shù)控機(jī)床的各種機(jī)能，伺服性能等。平均故障（失效）間隔時(shí)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(fù)設(shè)備或系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)從一次故障到下一次故障的平均時(shí)間，數(shù)控機(jī)床常用它作為可靠性的定量指標(biāo)。

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)由于數(shù)控裝置采用微機(jī)后，其可靠性大大提高，所以伺服系統(tǒng)的可靠性就相對(duì)突出。它的故障主要來(lái)自伺服元件及機(jī)械傳動(dòng)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(yīng)盡量用無(wú)接觸點(diǎn)元件代替。

目前數(shù)控機(jī)床因受元件質(zhì)量、工藝條件及費(fèi)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(duì)高精度的要求。

2. 伺服的響應(yīng)頻寬范圍廣，可以有效適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)負(fù)載變化和快速響應(yīng)的要求。

3. 伺服提供豐富的參數(shù)設(shè)置，通過(guò)設(shè)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(jī)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(yīng)有些特殊行業(yè)對(duì)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(jī)床伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，數(shù)控機(jī)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(biāo)。