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數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng)
閱讀：514 發(fā)布時間：2011-4-7主軸伺服系統(tǒng)
主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調速及正、反轉功能。但當要求機床有螺紋加工、“準停”和“恒線速”加工等功能時，對主軸也提出了相應的位置控制要求，因此，要求其輸出功率大，具有恒扭矩段及恒功率段，有“準停”控制，主軸與進給聯(lián)動。與進給伺服一樣，主軸伺服經(jīng)歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動。隨著微處理器技術和大功率電力電子器件的進展，在進入交流主軸伺服系統(tǒng)的時代。
交流異步伺服系統(tǒng)
交流異步伺服通過在三相異步電機的定子繞組中產(chǎn)生幅值、頻率可變的正弦電流該正弦電流產(chǎn)生的旋轉磁場與電機轉子所產(chǎn)生的感應電流相互作用產(chǎn)生電磁扭矩從而實現(xiàn)電機的旋轉。其中正弦電流的幅值可分解為給定或可調的勵磁電流與等效轉子力矩電流的矢量和;正弦電流的角頻率可分解為轉子的轉速角頻率與轉差角頻率之和，以實現(xiàn)矢量化控制。
交流異步伺服通常有模擬式、數(shù)字式兩種方式。與模擬式相比，數(shù)字式伺服加速特性近似直線，加速時間短，且可提高主軸定位控制時系統(tǒng)的剛性和精度，操作方便，是機床主軸驅動采用的主要形式。然而交流異步伺服存在兩個主要問題:
一是轉子發(fā)熱，效率較低，轉矩密度較小，體積較大;
二是功率因數(shù)較低，因此，要獲得較寬的恒功率調速范圍，要求較大的逆變器容量。
交流同步伺服系統(tǒng)
近年來隨著高能低價永磁體的開發(fā)和性能的不斷提高，使得采用永磁同步調速電機的交流同步伺服系統(tǒng)的性能日益突出，為解決交流異步伺服存在的問題帶來了希望。與采用矢量控制的異步伺服相比，永磁同步電機轉子溫度低，軸向連接位置精度高，要求的冷卻條件不高，對機床環(huán)境的溫度影響小，容易達到極小的低限速度。即使在低限速度下，也可在恒轉矩狀態(tài)運行，特別適合強力切削加工。同時其轉矩密度高，轉動慣量小，動態(tài)響應特性好，特別適合高生產(chǎn)率運行。較容易達到很高的調速比，容許同一機床主軸具有多種加工能力，既可以加工類似鋁的低硬度材料，也可以加工很硬、很脆的合金，為機床進行*切削創(chuàng)造了條件。
電主軸
電主軸是電機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，它將主軸電機的定子、轉子直接裝入主軸組件的內部，電機的轉子即為主軸的旋轉部分，由于取消了齒輪變速箱的傳動與電機的連接，實現(xiàn)了主軸系統(tǒng)的一體化、“零傳動”。因此，其具有結構緊湊、重量輕、慣性小、動態(tài)特性好等優(yōu)點，并可改善機床的動平衡，避免振動和噪聲，在超高速切削機床上得到了廣泛的應用。
從理論上講，電主軸為一臺高速電機，其既可使用異步交流感應電機，也可使用永磁同步電機。電主軸的驅動一般使用矢量控制的變頻技術，通常內置脈沖編碼器，來實現(xiàn)相位控制及與進給的準確配合。由于電主軸的工作轉速*，對其散熱、動平衡、潤滑等提出了特殊的要求。在應用中必須妥善解決，才能確保電主軸高速運轉和精密加工。
結束語
作為數(shù)控機床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。圍繞伺服系統(tǒng)動態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了多種伺服驅動技術?？梢灶A見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡制造等*制造技術的發(fā)展，具有網(wǎng)絡接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電機及高速電主軸等將成為數(shù)控機床行業(yè)的關注的熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。