当数控机床的伺服系统性能探究二

数控机床的伺服系统性能探究（二）

通常液压伺服系统的可靠性比电气伺服系统差，电磁阀、继电器等电磁元件的可靠性较差，应尽量用无接触点元件代替。

目前数控机床因受元件质量、工艺条件及费用等限制，其可靠性还不很高。为了使数控机床能得到工厂的欢迎，必须进一步提高其可靠性，从而提高其使用价值。在设计伺服系统时，必须按设计的技术要求和可靠性选择元器件，并按严格的测试检验进行筛选，在机械互锁装置等方面，必须给予密切注意，尽量减少因机械部件引起的故障。

4 宽范围调速

在数控机床的加工中远不能满足人们对新材料的需求，伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动，要求进给驱动具有足够宽的调速范围。

单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使由国家发改委、商务部、工息部、科术部、中国科学院、中国工程院、中国国际贸易增进委员会和上海市人民政府共同主办、中国机械工业联合会协办、上海东浩国际服务贸易(团体)有限公司、上海工业商务展览有限公司、国皓会展(上海)有限公司履行承办的”2016第2届中国国际汽车轻量化材料与技术展览会“用。

伺服系统在低速情况下实现平稳进给，则要求速度必须大于“死区”范围。所谓“死区”指的是由于静摩擦力的存在使系统在很小的输入下，电机克服不了这摩擦力而不能转动。此外，还由于存在机械间隙，电机虽然转动，但拖板并不移动，这些现象也可用“死区”来表达。

设死区范围为a，则最低速度Vmin，应满足Vmin≥a，由于a≤dK，d为脉冲当量（mm/脉电池挤压实验机是电池两个平的表面之间进行紧缩冲）；K为开环放大倍数，则

Vmin≥dK

若取d=0.01mm/脉冲，K=30×1/S，则最低速度

Vmin≥a=30×0.01mm/min=18mm/min

伺服系统最高速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动要求也就更高。此外，从系统控制角度看也有一个检测与反馈的问题，尤其是在计算机控制系统中，必须考虑软件处理的时间是否足够。

由于fmax=fmax/d

式中：fmax为最高速度的脉冲频率，kHz；vmax为最高进给速度，mm/min；d为脉冲当量，mm。

又设D为调速范围，D=vmax/vmin，得

fmax =Dvmin/d=DKd/d=DK

由于频率的倒数就是两个脉冲的间隔时间，对应于最高频率fmax的倒数则为最小的间隔时间tmin，即tmin=1/DK。显然，系统必须在tmin内通过硬件或软件完成位置检测与控制的操作。对最高速度而言，vmax的取值是受到tmin的约束。

一个较好的伺服系统，调速范围D往往可达到800～1000。当今最先进的水平是在脉冲当量d=1 m的条件下速度精度，进给速度从0～240m/min范围内连续可调。

5 结论

上述几方面对数控机床位置伺服系统所要求的伺服性能进行了分析，并提出了系统稳定运行的可靠性指标，该研究结果可用于伺服数控系统的设计，也可用于现有数控机床的改造以提高其工作精度。