引言

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制工作母機(jī)的總稱，是集現(xiàn)代精密機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、電力電子與微電子技術(shù)、電機(jī)與新材料技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、光電技術(shù)等最新成就而構(gòu)成的機(jī)電一體化的高級典型產(chǎn)品，作為加工制造業(yè)的工作母機(jī)，同時(shí)是兼?zhèn)涓呔?、高柔性、高效率、高自動化特點(diǎn)于一身的現(xiàn)代化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床是國防軍工、國民經(jīng)濟(jì)中的重要基礎(chǔ)裝備，它的應(yīng)用遍及社會經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，是機(jī)械、電子、汽車、石化、建筑等部門的支柱產(chǎn)業(yè)，也是能源、交通、材料、通訊等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化重要工具。

在國防、航天、航空、軍工裝備、艦船、空間技術(shù)、海洋等領(lǐng)域更是不可替代，甚至是成為必不可少的關(guān)鍵性設(shè)備。數(shù)控機(jī)床特別是高端數(shù)控機(jī)床體現(xiàn)了國家的經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)綜合實(shí)力，具有戰(zhàn)略地位，在有些情況下，甚至影響了國家與民族的生存。因此，各國都給予極大的重視，我國也毫不例外，歷年都采取一系列措施，支持?jǐn)?shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但由于種種原因，我國的技術(shù)水平發(fā)展還趕不上技術(shù)先進(jìn)的發(fā)達(dá)國家。

80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動化程度進(jìn)一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機(jī)床已實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制并在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及。針對車削、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求，開發(fā)了各種門類的數(shù)控加工機(jī)床。

1數(shù)控機(jī)床電液伺服控制系統(tǒng)簡介

電—液伺服系統(tǒng)又叫隨動系統(tǒng)。它的分類方法很多，可以從不同角度分類，如位置控制、速度控制、力控制等；閥控系統(tǒng)、泵控系統(tǒng)；大功率系統(tǒng)、小功率系統(tǒng)；開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等。根據(jù)輸入信號的形式不同，又可分為模擬伺服系統(tǒng)和數(shù)字伺服系統(tǒng)兩類。

在模擬伺服系統(tǒng)中，全部信號都是連續(xù)的模擬量，如圖1所示。在此系統(tǒng)中，模擬量可以是直流量，也可以是交流量。直流量和交流量相互轉(zhuǎn)換可以通過調(diào)制器或解調(diào)器完成。

圖1模擬伺服系統(tǒng)方框圖

模擬伺服系統(tǒng)重復(fù)精度高，但分辨能力較低(絕對精度低)。伺服系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于檢測裝置的精度，而模擬式檢測裝置的精度一般低于數(shù)字式檢測裝置，所以模擬伺服系統(tǒng)分辨能力低于數(shù)字伺服系統(tǒng)。另外模擬伺服系統(tǒng)中微小信號容易受到噪聲和零漂的影響，因此當(dāng)輸入信號接近或小于輸入端的噪聲和零漂時(shí)，就不能進(jìn)行有效的控制了。

在數(shù)字伺服系統(tǒng)中，全部信號或部分信號是離散參量。因此數(shù)字伺服系統(tǒng)又分為數(shù)字伺服系統(tǒng)和數(shù)字—模擬伺服系統(tǒng)兩種。在全數(shù)字伺服系統(tǒng)中，動力元件必須能夠接收數(shù)字信號，可采用數(shù)字閥或電液步進(jìn)馬達(dá)。數(shù)字模擬混合式伺服系統(tǒng)如2所示。數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖與反饋脈沖相比較后產(chǎn)生數(shù)字偏差，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)化器把信號變?yōu)槟M偏差電壓，后面的動力部分不變，仍是模擬元件。系統(tǒng)輸出通過數(shù)字檢測器(即模數(shù)轉(zhuǎn)換器)變?yōu)榉答伱}沖信號。

圖2數(shù)字—模擬伺服系統(tǒng)方框圖

2控制系統(tǒng)元件數(shù)學(xué)模型建立

一般地說，數(shù)學(xué)模型可以描述為對現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)特定對象，為了一個(gè)特定目的，根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律，做出一些必要的簡化假設(shè)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具得到的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。