數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動(dòng)系統(tǒng),簡(jiǎn)稱為伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是把數(shù)控信息轉(zhuǎn)化為機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在許多自動(dòng)化控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的種類繁多、技術(shù)原理各具特色，這對(duì)其應(yīng)用帶來很大的困擾，本文就數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類及其應(yīng)用要求做簡(jiǎn)單介紹。

一、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)按其用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);按其控制原理和有無位置檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng);按驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理分為電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又分為直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

1.進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng)

進(jìn)給驅(qū)動(dòng)是用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并提供切削過程所需的轉(zhuǎn)矩。主軸驅(qū)動(dòng)控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率和所需的切削力。一般地，對(duì)于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要關(guān)心它的轉(zhuǎn)矩大小、調(diào)節(jié)范圍的大小和調(diào)節(jié)精度的高低，以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的快慢。對(duì)于主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要關(guān)心其是否具有足夠的功率、寬的恒功率調(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)節(jié)范圍。

2.開環(huán)控制和閉環(huán)控制

數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按有無位置反饋分兩種基本的控制結(jié)構(gòu)，即開環(huán)控制和閉環(huán)控制，如圖5--1所示。由此形成位置開環(huán)控制系統(tǒng)和位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)又可根據(jù)位置檢測(cè)裝置在機(jī)床上安裝的位置不同，進(jìn)一步分為半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和全閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。若位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上，構(gòu)成的伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為全閉環(huán)控制系統(tǒng);若位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床絲杠上，構(gòu)成的伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)則為半閉環(huán)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)多采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)常用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控或老設(shè)備的改造。

3.直流伺服驅(qū)動(dòng)與交流伺服驅(qū)動(dòng)

70年代和80年代初，數(shù)控機(jī)床多采用直流伺服驅(qū)動(dòng)。直流大慣量伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，而且，由于電機(jī)慣性與機(jī)床傳動(dòng)部件的慣量相當(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。而直流中小慣量伺服電機(jī)及其大功率晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)裝置，比較適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，以及快速定位、切削的要求。但直流電機(jī)一個(gè)最大的特點(diǎn)是具有電刷和機(jī)械換向器，這限制了它向大容量、高電壓、高速度方向的發(fā)展，使其應(yīng)用受到限制。

進(jìn)入80年代，在電機(jī)控制領(lǐng)域交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大舉進(jìn)入電氣傳動(dòng)調(diào)速控制的各個(gè)領(lǐng)域。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是交流電機(jī)容易維修，制造簡(jiǎn)單，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，適合于在較惡劣的環(huán)境中使用。同時(shí)，從減少伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外形尺寸和提高可靠性角度來看，采用交流電機(jī)比直流電機(jī)將更合理。

二、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的應(yīng)用要求

(1)精度高伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。包括定位精度和輪廓加工精度。

(2)穩(wěn)定性好穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。

(3)快速響應(yīng)快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。

(4)調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。0~30m/min。

(5)低速大轉(zhuǎn)矩進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)速度范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩;主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。