伺服驅動器在數控機床進給軸上的控制與應用

摘要：隨著當前制造業的飛速發展，生產中常用的機床也漸漸的開始了革命，出現了具備更高效率與加工精度的數控機床。傳統的常規機床已經逐漸被數控機床所取代，且目前數控機床進給軸的控制已經實現了對位置運動的實時操控，精準高效的位置運動控制，令當前數控機床的精準度有了質的飛躍。

關鍵詞：伺服驅動器；數控機床；進給軸

1 伺服控制系統

伺服控制系統是用以針對某過程實施精確跟隨或復現的反饋控制系統，還可以將其稱之為隨動系統。伺服控制系統多用于數控機床上，這一系統經歷了多個發展歷程。自步進伺服起，逐漸發展成為直流伺服、交流伺服。構成伺服系統的主要構件共分為以下五大部分：驅動器、控制器、電動機、檢測器以及機床工作臺。

伺服驅動器是構成伺服控制系統的關鍵構件，也是自動化數控設備中常用的組件。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，同屬于伺服系統整體的構成元件，可以在高精度定位系統上加以應用。伺服驅動器一般是利用位置、速度以及力矩的調整控制實現對伺服電機的操控，能夠令傳動系統精準的定位，也是當前傳動技術應用中常用的高新產品。

利用伺服驅動器的精準控制功能，可以實現數控加工中心等多種自動化設備完成更精準的工作，這一技術也已經開始在工業機器人領域嶄露頭角。伺服驅動器的控制核心由數字信號處理器構成，能夠完成復雜繁瑣的控制算法，且具備較強的網絡數字化、智能規劃功能。

2 數控機床與進給軸

數控機床的誕生為生產加工制造業帶來了高效的生產力，并全面提升了社會整體的制造水平與生產效率，促進了市場的革命性突破。

進給軸是數控機床中重要的機械傳動裝置，主要是縱向、橫向兩類進給軸結構，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用時，需要注重絲杠自鎖，預防突發性的斷電情況引發主軸箱體的下滑，因此相關制動裝置也是進給軸的必備構件。

當前常見的數控機床都是采用滾珠絲杠，將伺服電機的旋轉運動轉變為直線運動，并實現工作臺或刀架的運作。滾珠絲杠副是實現數控機床運行的重要傳動構件，且展現出了較高的傳動效率，靈敏度、穩定度、剛度、耐久性也在長期應用中表現良好。當前的滾珠絲杠副已經成為了批量、產業化生產的產品，所以其品質與精度已經趨于完善，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量。

支撐絲杠是軸承座與軸承共同組成進給軸的支撐構件，也是影響到數控機床整體加工精度的重要構件。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度。

3 數控機床中伺服驅動器與進給軸的應用

進給傳動與伺服驅動器都是實現數控機床運作的重要構建。進給傳動系統是負責數控機床中多條線路、回轉坐標定位以及切削進給的重要執行系統。進給傳動系統需要極高的精準性才能夠實現更加精準的加工工作。對于數控機床的運行系統操控而言，要求其具備對運動速度、運動位置的精準自動控制，且具備迅速的反應能力，才能夠令整體操控系統具備精確的定位和優良的動態響應性。

通常情況之下，機床單軸模擬進給的數控系統主要是用以控制位置運動。在執行相關定位位置命令Xi（s）后，發出位置偏差信號，然后伺服驅動器控制系統便會基于這一偏差信號E（s）來驅動交流電機運作，并帶動絲桿轉動，然后將運動傳達至絲桿螺母實現工作臺移動，輸出相應的位移X0（s）。在工作臺上固定的光柵尺直線位移監測裝置檢測出輸出的X0（s）之后，會經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，則仍舊利用驅動系統控制工作臺繼續移動至跟隨誤差E（s）=0，然后終止系統輸出。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，則稱之為開環控制系統。

數控機床進給系統圖

就數控機床來講，需要保障控制驅動系統的穩定，還要求提供相應的性能指標工作作為充分必要條件。而進給軸系統需要基于死區、最大超調量以及穩態誤差等狀況來衡量性能。一般來講，大多數的性能指標之間都是相互聯系的，比如穩態誤差一旦減小，必然會造成整體系統穩定性的降低。若是需要考量相關主要性能，則需要通過控制對象并利用一定的放來實現調校，提高整體控制系統的綜合性指標。

4 總結

目前我國加工業正在進行技術革新，尋求更加精準的高質量加工。在追求提高質量的同時，加工生產效率也是一大研究重點。采用高性能、高品質的伺服驅動器，能夠強化數控機床的信號傳達相應效率，且具備良好的穩定性。將伺服驅動器的優異性能與進給軸相結合，才能夠實現精準加工，全面提高數控機床整體加工效率與加工質量，推動產業的技術革新。

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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.伺服驅動控制；2.數控系統應用。