摘 要：伺服系統是數控機床的重要組成部分，數控機床的精度和速度指標等往往由伺服系統決定。伺服系統經歷了從步進伺服到交流伺服的發展過程。而且隨著技術的發展，高精度、高性能的交流伺服已成為伺服系統發展的新趨勢。

1 概述

　　數控車床又稱為 CNC車床，即計算機數字控制車床，是目前國內使用量最大，覆蓋面最廣的一種數控機床，一般由輸入、輸出裝置、數控裝置、伺服系統、檢測反饋裝置和機床主機等組成。它是數控機床的主要品種之一，解決了大部分機械零件的自動化加工問題成為最主要的機械加工設備，在數控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發展。

2 數控機床伺服驅動系統的基本組成

　　數控機床伺服驅動系統的基本組成如下圖1所示。數控機床的伺服驅動系統按有無反饋檢測單元分為開環和閉環兩種類型，這兩種類型的伺服驅動系統的基本組成不完全相同。但不管是哪種類型，執行元件及其驅動控制單元都必不可少。驅動控制單元的作用是將進給指令轉化為驅動執行元件所需要的信號形式，執行元件則將該信號轉化為相應的機械位移。

圖1 數控機床伺服驅動系統的基本組成

　　對于閉環伺服驅動系統來說，它是由執行元件、驅動控制單元、比較控制環節、反饋檢測單元、以及機床等組成。反饋檢測單元將工作臺的實際位置檢測后反饋給比較控制環節，比較控制環節將指令信號和反饋信號進行比較，以兩者的差值作為伺服系統的跟隨誤差經驅動控制單元，驅動和控制執行元件帶動工作臺運動。

　　在CNC系統中，由于計算機的引入，比較控制環節的功能由軟件完成，從而導致系統結構的一些改變，但基本上還是由執行元件、反饋檢測單元、比較控制環節、驅動控制單元和機床組成。

3 應用與發展

　　一般在用戶廠家采用的專用數控車床系統CNC中，伺服電機和驅動器在系統中擔任“執行機構”的角色。針對應用在數控車床上的臥龍交流伺服系統(如圖2所示)，這里簡單介紹下。數控車床中(如圖3所示)，主軸為旋轉坐標。另外兩個坐標屬刀具進給系統(X、Z坐標)。刀具在X軸向和Z軸向的運動分別由各自的伺服電動機通過滾珠絲杠帶動，而電動機的轉動及運動方式均由伺服控制器控制。主軸電動機為高速內裝式感應電動機。主軸控制器通常采用矢量控制法對感應電動機進行控制，直接把轉速指令輸入主軸控制器就可以控制主軸的轉速。由數控系統CNC給出主軸電動機與進給伺服電動機控制命令完成對主軸速度控制與各進給軸的速度、位移控制，實現軌跡加工。各坐標軸都有相應的速度與位移檢測裝置，構成閉環反饋控制。主軸電動機由旋轉變壓器測速，由光電編碼器檢測位置實現分度使之與進給系統保持同步，完成各種加工。 X、Z 三軸均為臥龍全數字交流伺服系統，各軸伺服電機通過聯軸器帶動滾珠絲桿，以移動配有直線導軌的工作臺和主軸銑頭，其定位準確，速度快。臥龍生產的交流伺服WLSA-15在車床上的實際表現非常不錯，在用戶最為關心的幾個方面如：過載破壞性試驗，低速穩定精細保持，過載能力快速響應，電網電壓波動較大適應惡劣工作環境的能力等性能上臥龍伺服表現很好。臥龍伺服系統功能比較完善，如能耗制動、電子齒輪、自動加減速等，具備多種脈沖串輸入，保護功能也比較完備。

　　CNC系統的結構框圖如圖4所示。

圖4

　　根據目前的國內市場來看，伺服系統將向兩個方向發展：一是滿足一般工業應用的要求，對性能指標要求不高的應用場合，追求低成本、少維護、使用簡單等特點的驅動產品;二是代表著伺服系統發展水平的主導產品——伺服電機、伺服控制器，以滿足用戶較高的應用要求。

　　交流伺服占據了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的不斷發展，交流伺服的發展具體體現在以下四方面：

　　1.電子器件不斷向高頻化方向發展，多功能的控制單元設計等使其高度集成化;

　　2.伺服驅動系統作為一種高級的工業控制裝置不斷向智能化發展;

　　3.基于微處理器嵌人式平臺技術的成熟，將促進先進控制算法的應用;

　　4.網絡化制造模式的推廣及總線技術的成熟，將使伺服控制系統向模塊化和網絡化快速發展。

　　臥龍伺服系統中采用新型伺服電機，它具有響應能力強、力矩保持好、定位精準等特點，大大提升了數控機床的機械性能。伺服驅動器中，有高速微處理器和專用數字信號處理機的伺服控制單元，集成度更高，可靠性更好。搭配智能控制功率模塊驅動，運行更安全。并匹配2500線增量式編碼器，提高定為精確，增強響應性和平穩性。對于進給軸 X、Z 的伺服性能的要求主要是伺服系統有較高的動態響應及較高的定位精度，而臥龍伺服系統都很好的保證了進給軸所需驅動的要求。在其智能化發展方面，臥龍伺服具有參數記憶功能、故障自診斷與分析功能等，同時還在開發伺服系統的參數自整定功能。在網絡化發展方面，臥龍伺服都配置了標準的串行通信接口，并在開發專用的局域網接口，使其與CNC系統間的連接更為簡單。臥龍伺服與某廠家上位機接線如圖5所示。

圖5

4 結束語

　　總之，作為數控機床的重要功能部件，伺服系統的特性一直是影響系統加工性能的重要指標。它在很大程度上決定了數控機床的性能，隨著超高速切削、超精密加工、網絡制造等先進制造技術的發展，研究和開發高性能的伺服驅動系統以成為趨勢。