淺談數控車床伺服系統對數控機床的重要性

論數控機床伺服系統對數控機床的重要性

數控技術是數字程序控制數控機械實現自動工作的技術。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過程自動化問題。隨著計算機、自動控制技術的飛速發展，數控技術已廣泛地應用于數控機床、機器人以及各類機電一體化設備上。同時，社會經濟的飛速發展，對數控裝置和數控機械要求在理論和應用方面有迅速的發展和提高。數控機床伺服系統作為數控機床的重要組成部分，數控機床的精度和速度指標等往往由伺服系統決定。隨著技術的發展，高精度、高性能的交流伺服已成為伺服系統發展的新趨勢。

數控車床又稱為 CNC車床，即計算機數字控制車床，是目前國內使用量最大，覆蓋面最廣的一種數控機床，一般由輸入、輸出裝置、數控裝置、伺服系統、檢測反饋裝置和機床主機等組成。它是數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展。

數控機床伺服系統驅動按有無反饋檢測單元分為閉環和開環兩種類型，這兩種類型的數控機床伺服驅動系統的基本組成不完全相同。但不管是哪種類型，執行元件及其驅動控制單元都必不可少。驅動控制單元的作用是將進給指令轉化為驅動執行元件所需要的信號形式，執行元件則將該信號轉化為相應的機械位移。對于閉環伺服驅動系統來說，它是由執行元件、驅動控制單元、比較控制環節、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節，比較控制環節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的跟隨誤差給驅動控制單元，驅動和控制執行元件帶動工作臺運動。在CNC系統中，由于計算機的引入，比較控制環節的功能由軟件完成，從而導致系統結構的一些改變，但基本上還是由執行元件、反饋檢測單元、比較控制環節、驅動控制單元和機床組成。

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

數控機床伺服系統由于數控裝置采用微機后，其可靠性大大提高，所以伺服系統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。通常液壓伺服系統的可靠性比電氣伺服系統差，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。

目前數控機床因受元件質量、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控系統對高精度的要求。

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

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

4. 伺服低速穩態精度高、調速范圍廣，可以適應有些特殊行業對速度的要求。

5. 伺服的可靠性好，可以使用各種惡劣環境，有效提高系統穩定性和抗干擾能力。

總之，數控機床伺服系統作為數控機床的重要功能部件，數控機床伺服系統的特性一直是影響系統加工性能的重要指標。