伺服驅(qū)動器在數(shù)控機床進給軸上的控制與應(yīng)用

摘要：隨著當(dāng)前制造業(yè)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)中常用的機床也漸漸的開始了革命，出現(xiàn)了具備更高效率與加工精度的數(shù)控機床。傳統(tǒng)的常規(guī)機床已經(jīng)逐漸被數(shù)控機床所取代，且目前數(shù)控機床進給軸的控制已經(jīng)實現(xiàn)了對位置運動的實時操控，精準(zhǔn)高效的位置運動控制，令當(dāng)前數(shù)控機床的精準(zhǔn)度有了質(zhì)的飛躍。

關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動器；數(shù)控機床；進給軸

1 伺服控制系統(tǒng)

伺服控制系統(tǒng)是用以針對某過程實施精確跟隨或復(fù)現(xiàn)的反饋控制系統(tǒng)，還可以將其稱之為隨動系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)多用于數(shù)控機床上，這一系統(tǒng)經(jīng)歷了多個發(fā)展歷程。自步進伺服起，逐漸發(fā)展成為直流伺服、交流伺服。構(gòu)成伺服系統(tǒng)的主要構(gòu)件共分為以下五大部分：驅(qū)動器、控制器、電動機、檢測器以及機床工作臺。

伺服驅(qū)動器是構(gòu)成伺服控制系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件，也是自動化數(shù)控設(shè)備中常用的組件。作為控制伺服電機的操控裝置，與普通交流馬達上所配置的變頻器相類似，同屬于伺服系統(tǒng)整體的構(gòu)成元件，可以在高精度定位系統(tǒng)上加以應(yīng)用。伺服驅(qū)動器一般是利用位置、速度以及力矩的調(diào)整控制實現(xiàn)對伺服電機的操控，能夠令傳動系統(tǒng)精準(zhǔn)的定位，也是當(dāng)前傳動技術(shù)應(yīng)用中常用的高新產(chǎn)品。

利用伺服驅(qū)動器的精準(zhǔn)控制功能，可以實現(xiàn)數(shù)控加工中心等多種自動化設(shè)備完成更精準(zhǔn)的工作，這一技術(shù)也已經(jīng)開始在工業(yè)機器人領(lǐng)域嶄露頭角。伺服驅(qū)動器的控制核心由數(shù)字信號處理器構(gòu)成，能夠完成復(fù)雜繁瑣的控制算法，且具備較強的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化、智能規(guī)劃功能。

2 數(shù)控機床與進給軸

數(shù)控機床的誕生為生產(chǎn)加工制造業(yè)帶來了高效的生產(chǎn)力，并全面提升了社會整體的制造水平與生產(chǎn)效率，促進了市場的革命性突破。

進給軸是數(shù)控機床中重要的機械傳動裝置，主要是縱向、橫向兩類進給軸結(jié)構(gòu)，其部件主要是傳動部件以及支撐部件。在進給軸的垂直方向安裝應(yīng)用時，需要注重絲杠自鎖，預(yù)防突發(fā)性的斷電情況引發(fā)主軸箱體的下滑，因此相關(guān)制動裝置也是進給軸的必備構(gòu)件。

當(dāng)前常見的數(shù)控機床都是采用滾珠絲杠，將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，并實現(xiàn)工作臺或刀架的運作。滾珠絲杠副是實現(xiàn)數(shù)控機床運行的重要傳動構(gòu)件，且展現(xiàn)出了較高的傳動效率，靈敏度、穩(wěn)定度、剛度、耐久性也在長期應(yīng)用中表現(xiàn)良好。當(dāng)前的滾珠絲杠副已經(jīng)成為了批量、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品，所以其品質(zhì)與精度已經(jīng)趨于完善，但是在機床安裝中，若是沒有安裝到位，仍會直接影響到機床運作的精度以及加工質(zhì)量。

支撐絲杠是軸承座與軸承共同組成進給軸的支撐構(gòu)件，也是影響到數(shù)控機床整體加工精度的重要構(gòu)件。滾珠絲杠副的支撐模式主要有以下三種：一是將一端固定，另一端自由；二是采用一端固定，一端游動；三是兩端皆固定。而應(yīng)用最廣泛的則是兩端皆固定的形式，這樣能夠提供更高的精度，且整體剛度較強，利于提高機床加工的精準(zhǔn)度。

3 數(shù)控機床中伺服驅(qū)動器與進給軸的應(yīng)用

進給傳動與伺服驅(qū)動器都是實現(xiàn)數(shù)控機床運作的重要構(gòu)建。進給傳動系統(tǒng)是負責(zé)數(shù)控機床中多條線路、回轉(zhuǎn)坐標(biāo)定位以及切削進給的重要執(zhí)行系統(tǒng)。進給傳動系統(tǒng)需要極高的精準(zhǔn)性才能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準(zhǔn)的加工工作。對于數(shù)控機床的運行系統(tǒng)操控而言，要求其具備對運動速度、運動位置的精準(zhǔn)自動控制，且具備迅速的反應(yīng)能力，才能夠令整體操控系統(tǒng)具備精確的定位和優(yōu)良的動態(tài)響應(yīng)性。

通常情況之下，機床單軸模擬進給的數(shù)控系統(tǒng)主要是用以控制位置運動。在執(zhí)行相關(guān)定位位置命令Xi（s）后，發(fā)出位置偏差信號，然后伺服驅(qū)動器控制系統(tǒng)便會基于這一偏差信號E（s）來驅(qū)動交流電機運作，并帶動絲桿轉(zhuǎn)動，然后將運動傳達至絲桿螺母實現(xiàn)工作臺移動，輸出相應(yīng)的位移X0（s）。在工作臺上固定的光柵尺直線位移監(jiān)測裝置檢測出輸出的X0（s）之后，會經(jīng)過處理放大并視作反饋信號與輸入信號進行對比。若跟隨誤差E（s）=Xi（s）-X0（s）≠0，則仍舊利用驅(qū)動系統(tǒng)控制工作臺繼續(xù)移動至跟隨誤差E（s）=0，然后終止系統(tǒng)輸出。這就是機床的反饋控制回路最常見的模式，若是不具備反饋回路，則稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。

數(shù)控機床進給系統(tǒng)圖

就數(shù)控機床來講，需要保障控制驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定，還要求提供相應(yīng)的性能指標(biāo)工作作為充分必要條件。而進給軸系統(tǒng)需要基于死區(qū)、最大超調(diào)量以及穩(wěn)態(tài)誤差等狀況來衡量性能。一般來講，大多數(shù)的性能指標(biāo)之間都是相互聯(lián)系的，比如穩(wěn)態(tài)誤差一旦減小，必然會造成整體系統(tǒng)穩(wěn)定性的降低。若是需要考量相關(guān)主要性能，則需要通過控制對象并利用一定的放來實現(xiàn)調(diào)校，提高整體控制系統(tǒng)的綜合性指標(biāo)。

4 總結(jié)

目前我國加工業(yè)正在進行技術(shù)革新，尋求更加精準(zhǔn)的高質(zhì)量加工。在追求提高質(zhì)量的同時，加工生產(chǎn)效率也是一大研究重點。采用高性能、高品質(zhì)的伺服驅(qū)動器，能夠強化數(shù)控機床的信號傳達相應(yīng)效率，且具備良好的穩(wěn)定性。將伺服驅(qū)動器的優(yōu)異性能與進給軸相結(jié)合，才能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)加工，全面提高數(shù)控機床整體加工效率與加工質(zhì)量，推動產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新。

參考文獻：

[1]楊兆軍，陳傳海，陳菲，李國發(fā).數(shù)控機床可靠性技術(shù)的研究進展[J/OL].機械工程學(xué)報，2013，49（20）：130-139.

[2]姜輝，楊建國，姚曉棟，張余升，袁峰.數(shù)控機床主軸熱漂移誤差基于貝葉斯推斷的最小二乘支持向量機建模[J/OL].機械工程學(xué)報，2013，49（15）：115-121.

作者簡介：張魏（1988-），男，漢族，江蘇揚州人，本科，助理工程師，研究方向：1.伺服驅(qū)動控制；2.數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用。