現代機床產品關鍵組成部分 伺服系統

　　工控摘要：機床是將金屬毛坯加工成機器零件的機器，其所擔負的加工工作量占機器總制造工作量的一半左右，在零件的加工工作中占有非常重要的作用。
　　
　　伺服電機（servomotor）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。
　　
　　機床是將金屬毛坯加工成機器零件的機器，其所擔負的加工工作量占機器總制造工作量的一半左右，在零件的加工工作中占有非常重要的作用。目前市面上機床加工機械零件的方法很多，如切削、鑄造、焊接、沖壓、擠壓等，只要是生產較高精度的零件，一半以上的工藝都會用到機床進行加工處理。
　　
　　機床種類很多，一般分為普通機、精密機床、高精度機床、數控機床等。不過大多由以下幾個部件組成：支承部件、變速機構、進給機構、刀架刀庫、控制和操縱系統、潤滑系統、冷卻系統等。在控制與操作系統中，伺服控制一般應用較多。
　　
　　在銑床上的應用
　　
　　當前，許多伺服產品不僅具有低速大力矩輸出、零速力矩保持、調速精度高等伺服系統的優良性能，還具有PLC功能，可連接手搖脈沖發生器實現微量調速進給及對刀功能，因此非常適合在強力龍門銑床的進給軸上做單軸控制。
　　
　　機床的X、Y、Z、W、V軸分別由五臺伺服控制器控制，由各自的電位器控制發出模擬電壓控制各軸的進給速度。機床的手動脈沖發生器，通過軸選通信號分別接到五臺伺服控制器外部信號輸入口，控制各軸的進給和定位。
　　
　　在銑床上，通過應用伺服控制器的接口編程可實現對電機的各種復雜控制，同時在PLC程序中加人了電機掉電延時程序，可保證在抱閘*閉合后電機再掉電，解決了z軸的下墜問題；此外，橫梁下降時，由于兩根絲杠的不平衡導致橫梁傾斜問題，這就需要橫梁反向運行一段距離糾正橫梁的傾斜，因此在程序里加入了使橫梁下降停止時都自動向上走一定位距離再停止的功能，這樣就解決橫梁的反向間隙問題。
　　
　　通過使用伺服系統，可提升強力龍門銑的整體檔次，且它線路簡單，操作方便，系統的可靠性高，功能強，在精度，修改與維修方便，經濟效益顯著，目前大多數銑床上都采用伺服控制。
　　
　　在數控機床上的應用
　　
　　在數控機床上，伺服調控系統是其*的一部分。其任務是把數控信息轉化為機床進給運動，從而實現控制。由于數控機床對產品加工時要求高，所以采用的伺服控制系統十分關鍵。目前在數控機床上使用的伺服控制系統，其優點主要有：精度高，伺服系統的精度是指輸出量能復現輸入量的程度。包括定位精度和輪廓加工精度；穩定性好，穩定是指系統在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態。直接影響數控加工的精度和表面粗糙度；快速響應，快速響應是伺服系統動態品質的重要指標，它反映了系統的跟蹤精度；調速范圍寬，其調速范圍可達0—30m/min；低速大轉矩，進給坐標的伺服控制屬于恒轉矩控制，在整個速度范圍內都要保持這個轉矩，主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉矩控制，能提供較大轉矩，在高速時為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。
　　
　　在機床進給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統，有三種類型：模擬形式、數字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置控制通常由上位機實現。數字伺服可實現一機多用，如做速度、力矩、位置控制。可接收模擬指令和脈沖指令，各種參數均以數字方式設定，穩定性好。具有較豐富的自診斷、報警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數字伺服系統。其將各種控制方式和不同規格、功率的伺服電機的監控程序以軟件實現。使用時可由用戶設定代碼與相關的數據即自動進入工作狀態。配有數字接口，改變工作方式、更換電動機規格時，只需重設代碼即可，故也稱伺服。
　　
　　交流伺服已占據了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的發展而不斷完善，具體體現在三個方面。一是系統功率驅動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發展，智能化功率模塊得到普及與應用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術的成熟，將促進*控制算法的應用；三是網絡化制造模式的推廣及現場總線技術的成熟，將使基于網絡的伺服控制成為可能。
　　
　　目前在機床行業，國內外眾多廠商都有該行業的伺服產品，其中國外的西門子、博世力士樂，國內的東能、匯川、臺達等產品在2011年的市場表現較好。
　　
　　臥式數控機床由CNC控制器，伺服驅動及電機、電器柜和數控機床的機架四部分組成。其工作原理是：通過CNC內配置的編程軟件，將加工零件的的軌跡用坐標的方式表達出來，把這些信息轉化成能使驅動伺服電機的帶有功率的信號（脈沖串），控制伺服電機帶動相應軸來實現運動軌跡。同時，刀架上配有數控車刀，通過按加工材質配置相應的刀具，對固定于主軸上的加工材料進行切削，即可加工出相應的工件。