伺服在数控机床的应用

对精度、速度、功率等的控制能力指标是机床产品的主要追求目标。针对中国机床工具行业的数控技术与国际先进水平相比仍相对落后的局面，究其根由，可以说，高品质的功能配套部件发展缓慢是其中的主要原因之一，这些功能部件的性能直接影响到主机的整体技术水平，与数控机床产业的发展息息相关，当中，也包括运动控制的核心部件——伺服系统。目前，在数控机床行业的实际应用中，交流伺服系统已明显占据了一定的优势；而按照机床传动机械的不同，机床再制造又将应用的伺服系统分为进给伺服与主轴伺服两类。在主轴伺服驱动单元方面，由于需要提供加工各类工件所需的切削功率，因而要求其能够满足机床主轴调速范围宽、低速大转矩、动态响应快等特性，同时还可配合CNC系统实现刚性攻丝、主轴速度控制、Cs轴控制实时切换等高性能。而进给伺服驱动单元以数控机床的各坐标为控制对象，以产生机床的切削进给运动，因此，特别强调其对位置与速度控制的准确性和快速性，且可靠性要高。为了进一步提高机床行业伺服驱动单元的控制性能，目前大量的数字处理技术被引入到该领域，一批厂商纷纷开发出全数字式交流伺服驱动单元。这类伺服驱动产品采用数字信号处理器(DSP)、CPLD超大规模集成电路芯片，以及优化的PID控制算法，实现了数字式控制，大幅提高了控制精度和响应速度；此外，还运用智能功率模块(IPM)，从而保障了整机的可靠性。在机床行业所使用的电机上，目前主要包括步进电机、伺服电机和混合式步进电机等，高精密数控机床要求电机采用全封闭式结构，搭配高速、高精度光电编码器，与高性能驱动器配合作高精度速度和位置控制，稳定可靠、振动小、噪声低。伴随着国内数控机床行业的快速发展，高速度、亚微米精加工时代已经来临，例如，在iPone、iPad、LEDTV等消费性电子、信息和光电产业中，由于3C产品多样化而快速生产的特点，使得精密小型快速加工需求攀升，高速切削机床的市场容量急剧增加。此外，数字化、网络化技术正引领数控机床进入一个崭新的阶段，“智能化制造”已不再只是一个梦想而已。面对数控机床行业最新的技术发展，使得伺服控制系统也亟待在各方面提升其性能指标，其中，分布式串行伺服系统、高控制精度和稳定性，以及降低电机的能耗，是目前整体伺服系统在技术研发上的主要趋势。