數控機床中伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析最新

1、最新 精品 Word 歡迎下載 可修改數控機床中伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析一、概述伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅動設備，電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機的轉矩、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。具體在數控機床中，伺服系統(tǒng)接收數控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經變換、放調與整大后，由電動機和機械傳動機構驅動機床坐標軸、主軸等，

2、帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產生各種復雜的機械運動，從而加工出用戶所要求的復雜形狀的工件。作為數控機床的執(zhí)行機構，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅動及保護等集為一體，并隨著數字脈寬調制技術、特種電機材料技術、微電子技術及現(xiàn)代控制技術的進步，經歷了從步進到直流，進而到交流的發(fā)展歷程。數控機床中的伺服系統(tǒng)種類繁多，本文通過分析其結構及簡單歸分，對其技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作簡要探討。二、伺服系統(tǒng)的結構及分類從基本結構來看，伺服系統(tǒng)

3、主要由三部分組成：控制器、功率驅動裝置、反饋裝置和電動機（圖 1） 。控制器按照數控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調節(jié)控制量；功率驅動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網中的電能作用到電動機之上，調節(jié)電動機轉矩的大小，另一方面按電動機的要求把恒壓恒頻的電網供電轉換為電動機所需的交流電或直流電；電動機則按供電大小拖動機械運轉。 圖 1 伺服系統(tǒng)的結構 伺服系統(tǒng)的結構圖 1 伺服系統(tǒng)的結構圖 1 中的主要成分變

4、化多樣，其中任何部分的變化都可構成不同種類的伺服系統(tǒng)。如根據驅動電動機的類型，可將其分為直流伺服和交流伺服；根據控制器實現(xiàn)方法的不同，可將其分為模擬伺服和數字伺服；根據控制器中閉環(huán)的多少，可將其分為開環(huán)控制系統(tǒng)、單環(huán)控制系統(tǒng)、雙環(huán)控制系統(tǒng)和多環(huán)控制系統(tǒng)?？紤]伺服系統(tǒng)在數控機床中的應用，本文首先按機床中傳動機械的不同將其分為進給伺服與主軸伺服，然后再根據其它要素來探討不同伺服系統(tǒng)的技術特性。最新 精品 Word 歡迎下載 可修改隨著

5、矢量控制方法的實用化，使交流伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性。其寬調速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應及四象限運行等良好的技術性能，使其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時可實現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調速范圍，適應了高性能伺服驅動的要求。目前，在機床進給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置控制通常由上位機實現(xiàn)。數字伺服可實現(xiàn)一機多用，如做速度、力矩

6、、位置控制。可接收模擬指令和脈沖指令，各種參數均以數字方式設定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自診斷、報警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數字伺服系統(tǒng)。其將各種控制方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機的監(jiān)控程序以軟件實現(xiàn)。使用時可由用戶設定代碼與相關的數據即自動進入工作狀態(tài)。配有數字接口，改變工作方式、更換電動機規(guī)格時，只需重設代碼即可，故也稱萬能伺服。交流伺服已占據了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)

7、功率驅動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術的成熟，將促進先進控制算法的應用；三是網絡化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術的成熟，將使基于網絡的伺服控制成為可能。（四）直線伺服系統(tǒng)直線伺服系統(tǒng)采用的是一種直接驅動方式（Direct Drive） ，與傳統(tǒng)的旋轉傳動方式相比，最大特點是取消了電動機到工作臺間的一切機械中間傳動環(huán)節(jié)，即把機床進給傳動鏈的長度縮短為零。這種“零傳動”方

8、式，帶來了旋轉驅動方式無法達到的性能指標，如加速度可達 3g 以上，為傳統(tǒng)驅動裝置的 10～20 倍，進給速度是傳統(tǒng)的 4～5倍。從電動機的工作原理來講，直線電動機有直流、交流、步進、永磁、電磁、同步和異步等多種方式；而從結構來講，又有動圈式、動鐵式、平板型和圓筒型等形式。目前應用到數控機床上的主要有高精度高頻響小行程直線電動機與大推力長行程高精度直線電動機兩類。直線伺服是高速高精數控機床的理想驅動模式，受到機床廠家的重視，技術發(fā)展迅速

9、。在 2022 年歐洲機床展上，有幾十家公司展出直線電動機驅動的高速機床，快移速度達 100～120m/min，加速度 1.5～2g，其中尤以德國 DMG 公司與日本 MAZAK 公司最具代表性。2000 年 DMG 公司已有 28 種機型采用直線電動機驅動，年產 1500 多臺，約占總產量的 1/3。而 MAZAK 公司最近也將推出基于直線伺服系統(tǒng)的超音速加工中心，切削速度 8 馬赫，主軸最高轉速 80000r/min，快移速度 50