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第三節(jié)　數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)

一、概述

伺服驅(qū)動系統(tǒng)是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。

對于數(shù)控機(jī)床，如果說CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮機(jī)構(gòu)”，那么伺服系統(tǒng)便是數(shù)控機(jī)床的“四肢”，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”，能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)出的運(yùn)動命令。

伺服系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能。例如，數(shù)控機(jī)床的最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標(biāo)，均取決于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的特性。

(一)伺服驅(qū)動系統(tǒng)的分類

1.按控制對象和使用目的的不同，數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)可分為進(jìn)給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)和輔助伺服系統(tǒng)。

(1)進(jìn)給伺服系統(tǒng)用于控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動，是一種精密的位置跟蹤、定位系統(tǒng)，它包括速度控制和位置控制。

(2)主軸伺服系統(tǒng)用于控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和切削過程中的轉(zhuǎn)矩和功率，一般只以速度控制為主。

(3)輔助伺服系統(tǒng)用在各類加工中心或多功能數(shù)控機(jī)床中，用來控制刀庫、料庫等輔助系統(tǒng)，一般多采用簡易的位置控制。

2.按伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)理論，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。

3.按驅(qū)動部件的動作原理又可將其分為電液控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。其中，電氣控制系統(tǒng)又有步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)之分。

4.按反饋比較控制方式，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)有脈沖比較、相位比較、幅值比較和全數(shù)字等伺服系統(tǒng)之分。

(二)數(shù)控機(jī)床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的要求

(Ⅰ)總體要求：

1.高精度。要求伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確定位，即定位誤差特別是重復(fù)定位誤差要小，并且伺服系統(tǒng)的跟隨精度高，即跟隨誤差小。一般定位精度達(dá)到μm級，高的要求達(dá)到±0.01～±0.005μm。

2.快速響應(yīng)，無超調(diào)。加工過程中，為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，要求加(減)速度足夠大，以便縮短伺服系統(tǒng)過渡過程時間。一般電動機(jī)速度從零變到最高速，或從最高速降至零，時間在200毫秒以下，甚至小于幾十毫秒。

3.調(diào)速范圍寬。為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，要求進(jìn)給驅(qū)動必須具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍(至少達(dá)到1：1000，有些高性能系統(tǒng)已能達(dá)到1：100000)，而且通常是無級調(diào)速。

4.低速大轉(zhuǎn)矩，而且具有較強(qiáng)的過載能力。

5.可靠性高，對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，性能穩(wěn)定，使有壽命長，平均無故障間隔時間(MBTF)長。

【例題14•單選題】數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)( )的說法是錯誤的。

A.包括速度控制和位置控制

B.在低速時應(yīng)該輸出大轉(zhuǎn)矩

C.應(yīng)該響應(yīng)快、調(diào)速范圍寬

D.具有恒線速切削功能

答案：D

【例題15•單選題】數(shù)控機(jī)床不要求進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)具有( )的功能。

A.快速響應(yīng)

B.調(diào)速范圍寬

C.低速大轉(zhuǎn)矩

D.在寬調(diào)速范圍內(nèi)保持恒功率輸出

答案：D

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