數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中伺服電機(jī)的選取方法分析

摘 要：近些年，隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷地發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人們生活水平的提高，我們的日常生活中所使用的大部分日常用品都是機(jī)械工程的產(chǎn)物，機(jī)械工程和我們的生活息息相關(guān)，同時(shí)機(jī)械自動(dòng)化的水平也影響著我們的生活質(zhì)量?？萍嫉陌l(fā)展，在機(jī)械行業(yè)的自動(dòng)化應(yīng)用變得普及，而數(shù)控機(jī)床是機(jī)械自動(dòng)化的基礎(chǔ)，數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)水平的高低是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的具體體現(xiàn)，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用給整個(gè)機(jī)械生產(chǎn)實(shí)踐帶來(lái)了結(jié)構(gòu)性的變化，作為數(shù)控技術(shù)的控制對(duì)象伺服電機(jī)，應(yīng)該根據(jù)不同的數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用場(chǎng)合，適當(dāng)?shù)倪x擇適合伺服電機(jī)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械自動(dòng)化；數(shù)控技術(shù)；伺服電機(jī)選型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.050

自上世紀(jì)七十年代末我國(guó)改革開放以來(lái)，中國(guó)的機(jī)械工程行業(yè)迅速發(fā)展，并且機(jī)械工程自動(dòng)化生產(chǎn)的商品已經(jīng)是我國(guó)財(cái)政的重要來(lái)源，因此機(jī)械行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益直接關(guān)系到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，機(jī)械工程自動(dòng)化促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響了國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向和效益，并且機(jī)械工程自動(dòng)化的發(fā)展直接關(guān)系到人們的日常生活。機(jī)械工程自動(dòng)化的重要性可想而知，科技的進(jìn)步使得機(jī)械自動(dòng)化的應(yīng)用更加的廣泛，各種不同的機(jī)械加工會(huì)使用到不同的數(shù)控機(jī)床，這樣就必須根據(jù)不同的數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用場(chǎng)合，選取合適的伺服電機(jī)，保證數(shù)控機(jī)床的正常工作，伺服電機(jī)是數(shù)控機(jī)床的重要的組成部分，伺服電機(jī)有著自身固有的一些缺點(diǎn)，所以根據(jù)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用場(chǎng)合，合理的選擇伺服電機(jī)，避免這些缺點(diǎn)。

1 數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)系統(tǒng)的基本組成和工作原理

1.1 數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)系統(tǒng)的基本機(jī)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床的重要組成部分伺服控制系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)是在工控機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)之間，是對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行指令輸入的關(guān)鍵。具體而言在數(shù)控機(jī)床啟動(dòng)時(shí)，數(shù)控控制系統(tǒng)發(fā)出指令，伺服控制系統(tǒng)就啟動(dòng)控制電機(jī)達(dá)到相應(yīng)的速度，如果速度沒(méi)有達(dá)到或是超出了設(shè)定值，伺服控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的相應(yīng)相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使得速度達(dá)到指令值，這是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。其次伺服控制系統(tǒng)還控制著數(shù)控機(jī)床的位置，數(shù)控機(jī)床的位置傳感器會(huì)實(shí)時(shí)的檢測(cè)數(shù)控機(jī)床的位置，并傳給伺服控制系統(tǒng)，控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，到達(dá)合適的位置。

1.2 數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的組成

伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)可分為電力電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、位置檢測(cè)系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)是由控制系統(tǒng)根據(jù)指令速度以及位置，在控制器內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算，然后轉(zhuǎn)化成為相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后放大轉(zhuǎn)化為電力電子的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電力電子器件，控制電力電子的開通與關(guān)斷向伺服電機(jī)供給電壓。通訊系統(tǒng)主要是將檢測(cè)到的位置信息以及轉(zhuǎn)速信息傳給控制界面，方便操作。

2 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中伺服電機(jī)的選型的相關(guān)要求

2.1 伺服電機(jī)的穩(wěn)定性

在機(jī)械加工時(shí)對(duì)于數(shù)控機(jī)床是有嚴(yán)格的要求的，也就是說(shuō)對(duì)于伺服電機(jī)的穩(wěn)定性有一定的要求，在受到外界干擾時(shí)，短時(shí)間內(nèi)可以迅速的恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，這樣就要求伺服電機(jī)具有很好的穩(wěn)定性，同時(shí)在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)矩還不能有波動(dòng)，讓數(shù)控機(jī)床可以穩(wěn)定的工作。穩(wěn)定性要求數(shù)控機(jī)床在負(fù)載或是切削條件發(fā)生變化是轉(zhuǎn)速不變，這樣可以保持轉(zhuǎn)矩的恒定，剛性良好，負(fù)載的改變對(duì)于伺服電機(jī)影響小，所以在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分的考慮到伺服電機(jī)的穩(wěn)定性。

2.2 伺服電機(jī)的位置和速度檢測(cè)

數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工時(shí)，比如切削是的長(zhǎng)度是多少，要生產(chǎn)的器件直徑是多少，這樣就要求數(shù)控機(jī)床必須要在合適的位置進(jìn)行切削。而數(shù)控機(jī)床在什么位置下刀，這些都是由伺服電機(jī)控制的，所以在選擇伺服電機(jī)是應(yīng)該充分的考慮到伺服電機(jī)的位置檢測(cè)功能。其次在數(shù)字機(jī)床的工作，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)速有一定的要求，轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可能不能保證數(shù)控機(jī)床在工作時(shí)不能加工得到理想的器件，同樣轉(zhuǎn)速較快也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，所以在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該要對(duì)數(shù)控機(jī)床要達(dá)到的速度，有一定的了解，方便選擇合適的電機(jī)，以滿足數(shù)控機(jī)床的要求。

2.3 伺服電機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床在正常的工作中，必須要有相關(guān)的伺服電機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，作為數(shù)控機(jī)床的核心組成，伺服電機(jī)正常工作時(shí)，經(jīng)常會(huì)工作在不同的負(fù)荷，有時(shí)候是輕載，有時(shí)是重載，這樣的工作環(huán)境，伺服電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有工作在額定狀態(tài)，會(huì)對(duì)伺服電機(jī)造成傷害，其次有時(shí)候電機(jī)的工作電壓會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，造成電機(jī)的工作電壓出現(xiàn)波動(dòng)影響伺服電機(jī)的工作效率，可能會(huì)使得數(shù)控機(jī)床的加工出現(xiàn)問(wèn)題。對(duì)于數(shù)控機(jī)床而言，如果伺服電機(jī)出現(xiàn)了問(wèn)題，那是是那個(gè)產(chǎn)出來(lái)的機(jī)械器件一定是不合格的。所以數(shù)控機(jī)床的選型有一定的要求，在選擇伺服電機(jī)時(shí)，合理的選擇有保護(hù)功能的伺服電機(jī)，在外部供電電壓出現(xiàn)波動(dòng)或是電機(jī)沒(méi)有工作在額定工況時(shí)，實(shí)時(shí)的對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免造成生產(chǎn)不合格。

3 結(jié)論

綜上分析，隨著我國(guó)科技水平的不斷提高，機(jī)械自動(dòng)化行業(yè)的自動(dòng)化水平也在逐步的提高，各種高新科學(xué)技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械行業(yè)中，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化中占據(jù)著重要的地位，而伺服電機(jī)的選型又是整個(gè)數(shù)控機(jī)床的核心，本文針對(duì)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中的伺服電機(jī)的選型，進(jìn)行相關(guān)的分析。先介紹了數(shù)控系統(tǒng)的組成，根據(jù)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用環(huán)境的不同，分析伺服電機(jī)在不同數(shù)控系統(tǒng)中的優(yōu)劣，旨在幫助相關(guān)的設(shè)計(jì)者在進(jìn)行實(shí)際的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以得到一定的啟示。

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作者簡(jiǎn)介：李鑫（1990-），男，遼寧莊河人，本科，助理工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)員，研究方向：數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)。