數(shù)控機床一般由NC控制系統(tǒng)仆加、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和反饋檢測系統(tǒng)3 部分組成理张。數(shù)控機床對位置系統(tǒng)要求的伺服性能包括：定位速度和輪廓切削進(jìn)給速度系瓢；定位精度和輪廓切削精度慷垮；精加工的表面粗糙度揖闸；在外界干擾下的穩(wěn)定性。這些要求主要取決于伺服系統(tǒng)的靜態(tài)徽榄、動態(tài)特性阐赖。對閉環(huán)系統(tǒng)來說，總希望系統(tǒng)有較高的動態(tài)精度胰薪，即當(dāng)系統(tǒng)有一個較小的位置誤差時皆舅，機床移動部件會迅速反應(yīng)。下面就位置控制系統(tǒng)影響數(shù)控機床加工要求的幾個方面進(jìn)行論述蓄士。

　　1 加工精度

　　精度是機床必須保證的一項性能指標(biāo)特植。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標(biāo)肋漏。為了保證有足夠的位置精度逝惑，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求茶黄。因為在閉環(huán)控制系統(tǒng)中巾沟，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區(qū)分出來的，反饋檢測元件的精度對系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用菊榨≡撕迹可以說夫啊，數(shù)控機床的加工精度主要由檢測系統(tǒng)的精度決定函卒。位移檢測系統(tǒng)能夠測量的最小位移量稱做分辨率辆憔。分辨率不僅取決于檢測元件本身，也取決于測量線路报嵌。在設(shè)計數(shù)控機床虱咧、尤其是高精度或大中型數(shù)控機床時，必須精心選用檢測元件锚国。所選擇的測量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當(dāng)量腕巡，一般要求比加工精度高一個數(shù)量級⊙總之绘沉，高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測元件作為保證。例如豺总，數(shù)控機床中常用的直線感應(yīng)同步器的精度已可達(dá)±0.0001mm车伞，即0.1μm，靈敏度為0.05μm喻喳，重復(fù)精度0.2μm关读；而圓型感應(yīng)同步器的精度可達(dá)0.5N，靈敏度0.05N巍坦，重復(fù)精度0.1N够戒。

　　2 開環(huán)放大倍數(shù)

　　在典型的二階系統(tǒng)中，阻尼系數(shù)x=1/2（KT）-1/2腿若，速度穩(wěn)態(tài)誤差e（∞）＝1/K驼牵，其中K為開環(huán)放大倍數(shù)，工程上多稱作開環(huán)增益谓蹂。顯然腌哎，系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)是影響伺服系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)指標(biāo)的重要參數(shù)之一瘩穆。

　　一般情況下晰淋，數(shù)控機床伺服機構(gòu)的放大倍數(shù)取為20～30（1/S）。通常把K<20 范圍的伺服系統(tǒng)稱為低放大倍數(shù)或軟伺服系統(tǒng)自驹，多用于點位控制乘儒。而把K>20 的系統(tǒng)稱為高放大倍數(shù)或硬伺服系統(tǒng)，應(yīng)用于輪廓加工系統(tǒng)肤叼。

　　假若為了不影響加工零件的表面粗糙度和精度塑猖，希望階躍響應(yīng)不產(chǎn)生振蕩，即要求是取值大一些谈跛，開環(huán)放大倍數(shù)K就小一些羊苟；若從系統(tǒng)的快速性出發(fā)塑陵，希望x選擇小一些，即希望開環(huán)放大倍數(shù)～增加些蜡励，同時K值的增大對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度也能有所提高令花。因此，對K值的選取是必需綜合考慮的問題凉倚。換句話說兼都，并非系統(tǒng)的放大倍數(shù)愈高愈好。當(dāng)輸入速度突變時稽寒，高放大倍數(shù)可能導(dǎo)致輸出劇烈的變動扮碧，機械裝置要受到較大的沖擊，有的還可能引起系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題杏糙。這是因為在高階系統(tǒng)中系統(tǒng)穩(wěn)定性對K值有取值范圍的要求慎王。低放大倍數(shù)系統(tǒng)也有一定的優(yōu)點，例如系統(tǒng)調(diào)整比較容易嚼般，結(jié)構(gòu)簡單偿股，對擾動不敏感，加工的表面粗糙度好胶勾。

　　3 提高可靠性

　　數(shù)控機床是一種高精度园秫、高效率的自動化設(shè)備，如果發(fā)生故障其損失就更大爹窥，所以提高數(shù)控機床的可靠性就顯得尤為重要峡稿。可靠度是評價可靠性的主要定量指標(biāo)之一膊许，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)土叠，完成規(guī)定功能的概率。對數(shù)控機床來說拭秃，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件构睬、工作條件及工作方式等，例如溫度蔓献、濕度歪榕、振動、電源幅慌、干擾強度和操作規(guī)程等宋欺。這里的功能主要指數(shù)控機床的使用功能，例如數(shù)控機床的各種機能胰伍，伺服性能等齿诞。

　　平均故障（失效）間隔時間（MTBF）是指發(fā)生故障經(jīng)修理或更換零件還能繼續(xù)工作的可修復(fù)設(shè)備或系統(tǒng)，從一次故障到下一次故障的平均時間骂租，數(shù)控機床常用它作為可靠性的定量指標(biāo)祷杈。由于數(shù)控裝置采用微機后斑司，其可靠性大大提高，所以伺服系統(tǒng)的可靠性就相對突出但汞。它的故障主要來自伺服元件及機械傳動部分宿刮。通常液壓伺服系統(tǒng)的可靠性比電氣伺服系統(tǒng)差，電磁閥特占、繼電器等電磁元件的可靠性較差糙置，應(yīng)盡量用無接觸點元件代替云茸。

　　目前數(shù)控機床因受元件質(zhì)量是目、工藝條件及費用等限制，其可靠性還不很高么鹊。為了使數(shù)控機床能得到工廠的歡迎耗亮，必須進(jìn)一步提高其可靠性，從而提高其使用價值勇震。在設(shè)計伺服系統(tǒng)時筐知，必須按設(shè)計的技術(shù)要求和可靠性選擇元器件，并按嚴(yán)格的測試檢驗進(jìn)行篩選尼摩，在機械互鎖裝置等方面符固，必須給予密切注意，盡量減少因機械部件引起的故障惜荐。

　　4 寬范圍調(diào)速

　　在數(shù)控機床的加工中拓肉，伺服系統(tǒng)為了同時滿足高速快移和單步點動，要求進(jìn)給驅(qū)動具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍用缔。

　　單步點動作為一種輔助工作方式常常在工作臺的調(diào)整中使用瘩朋。

　　伺服系統(tǒng)在低速情況下實現(xiàn)平穩(wěn)進(jìn)給，則要求速度必須大于“死區(qū)”范圍赠粘。所謂“死區(qū)”指的是由于靜摩擦力的存在使系統(tǒng)在很小的輸入下券亚，電機克服不了這摩擦力而不能轉(zhuǎn)動。此外校摩，還由于存在機械間隙看峻，電機雖然轉(zhuǎn)動，但拖板并不移動衙吩，這些現(xiàn)象也可用“死區(qū)”來表達(dá)互妓。
設(shè)死區(qū)范圍為a，則最低速度Vmin分井，應(yīng)滿足Vmin≥a车猬，由于a≤dK，d為脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）尺锚；K為開環(huán)放大倍數(shù)珠闰，則

　　Vmin≥dK

　　若取d=0.01mm/脈沖惜浅，K=30×1/S，則最低速度

　　Vmin≥a=30×0.01mm/min=18mm/min

　　伺服系統(tǒng)最高速度的選擇要考慮到機床的機械允許界限和實際加工要求伏嗜，高速度固然能提高生產(chǎn)率坛悉，但對驅(qū)動要求也就更高。此外承绸，從系統(tǒng)控制角度看也有一個檢測與反饋的問題琴市，尤其是在計算機控制系統(tǒng)中，必須考慮軟件處理的時間是否足夠伸危。

　　由于fmax=fmax/d

　　式中：fmax為最高速度的脈沖頻率殊馋，kHz；vmax為最高進(jìn)給速度欺邻，mm/min嗤舀；d為脈沖當(dāng)量，mm橘抵。

　　又設(shè)D為調(diào)速范圍工杀，D=vmax/vmin，得

　　fmax =Dvmin/d=DKd/d=DK

　　由于頻率的倒數(shù)就是兩個脈沖的間隔時間甲脚，對應(yīng)于最高頻率fmax的倒數(shù)則為最小的間隔時間tmin估裁，即tmin=1/DK。顯然帽拘，系統(tǒng)必須在tmin內(nèi)通過硬件或軟件完成位置檢測與控制的操作吠谐。對最高速度而言，vmax的取值是受到tmin的約束澄港。

　　一個較好的伺服系統(tǒng)椒涯，調(diào)速范圍D往往可達(dá)到800～1000。當(dāng)今最先進(jìn)的水平是在脈沖當(dāng)量d=1μm的條件下回梧，進(jìn)給速度從0～240m/min范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)废岂。

　　5 結(jié)論

　　上述幾方面對數(shù)控機床位置伺服系統(tǒng)所要求的伺服性能進(jìn)行了分析，并提出了系統(tǒng)穩(wěn)定運行的可靠性指標(biāo)狱意，該研究結(jié)果可用于伺服數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計湖苞，也可用于現(xiàn)有數(shù)控機床的改造以提高其工作精度。

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