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伺服系统在数控机床中的应用


 

 

作为数控机床的重要功能部件,伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标。围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高,近年来发展出了多种伺服驱动技术。进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象,产生机床的切削进给运动。为此,要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度,并能精确地进行位置控制,具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。

 

随着中国制造业明显回暖,数控机床行业也进入复苏阶段,市场对数控机需求结构加速升级,数控机床及其应用伺服系统开始向着多元化的方向发展。

 

高精度化

 

提高数控机床的加工精度,一般可通过减少数控系统的误差和采用机床误差补偿技术等方法来实现。在减少CNC系统控制误差方面,通常采取提高数控系统的分辨率、提高位置检测精度、在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方法;在机床误差补偿技术方面,除采用齿隙补偿、丝杠螺距误差补偿和刀具补偿等技术外,还可对设备热变形进行误差补偿。另外,伺服系统的质量直接关系到数控机床的加工精度。现代数控机床采用了交流数字伺服系统,并采用新型控制理论可实现高速响应伺服系统。

 

高速化

 

要实现数控设备高速化,首先要求数控系统能对由微小程序段构成的加工程序进行高速处理,以计算出伺服电机的移动量。同时要求伺服电机能高速度地做出反应,采用32位及64位微处理器,是提高数控系统高速处理能力的有效手段。实现数控设备高速化的关键是提高切削速度、进给速度和减少辅助时间。

 

高柔性化

 

采用柔性自动化设备或系统,是提高加工精度和效率、缩短生产周期,适应市场变化需求和提高竞争能力的有效手段。数控机床在提高单机柔性化的同时,朝着单元柔性化和系统柔性化的方向发展。如出现了可编程控制器(PLC)控制的可调组合机床、数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心、数控三坐标动力单元等具有柔性的高效加工设备、柔性加工单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)以及介于传统自动线与FMS之间的柔性制造线(FTU)。

 

智能化

 

为适应制造业生产柔性化、自动化发展的需要,智能化正成为数控设备研究及发展的热点,它不仅贯穿于生产加工的全过程(如智能编程、智能数据库、智能监控),还贯穿于产品的售后服务和维修中。

 

①自适应控制技术自适应控制可根据切削条件的变化,自动调节工作参数,使加工系统能保持最佳工作状态,从而得到较高的加工精度和较低的表面粗糙度,同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率,达到改进系统运行状态的目的。

 

②专家系统技术将专家经验和切削加工的一般规律与特殊规律存入计算机中,以加工工艺参数数据库为支撑,建立具有人工智能的专家系统,提供经过优化的切削参数。

 

③故障自诊断、自修复技术在整个工作状态中,系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。

 

④模式识别技术应用图像识别和声控技术,使机器自己辨认图样,按照自然语音命令进行加工。

 

复合化

 

在零部件一体化程度不断提高、数量不断减少的同时,加工的产品形状日益复杂。另外,产品周期的缩短要求加工机床能够随时调整和适应新的变化,以满足各种各样产品的加工需求,这就要求1台机床能够处理以往需要几台机床处理的工序。在保持工序集中和减少工件重新安装定位的前提下,使更多的不同加工过程复合在一台机床上,以减少占地面积,减少零件传送和库存,保证加工精度和节能降耗的要求。

 

高可靠性

 

为了提高数控机床的可靠性,数控系统采用更高集成度的电路芯片,利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路,以减少元器件的数景,提高可靠性。通过硬件功能软件化,以适应各种控制功能的要求,同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化,使得既提高硬件生产批量,又便于组织生产和质量把关。

 

网络化

 

数控机床的网络化,主要是指机床通过所配装的数控系统与外部的其他控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。随着信息化技术在数控机床上的大量采用,越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通信服务等功能。

 

开放式体系结构

 

开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术,如多媒体技术,实现声控自动编程、图形扫描自动编程等,其新一代数控系统的硬件、软件和总线规范都是对外开放的,由于有充足的软、硬件资源可供利用,不仅使数控系统制造商和用户进行系统集成得到有力的支持,而且也为用户的二次开发带来极大方便,促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用。