數(shù)控機床一般由NC控制系統(tǒng)式散、伺服驅動系統(tǒng)和反饋檢測系統(tǒng)3部分組成烹吵。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給速度拯欧；定位精度和輪廓切削精度详囤；精加工的表面粗糙度；在外界干擾下的穩(wěn)定性镐作。

　　這些要求主要取決于伺服系統(tǒng)的靜態(tài)藏姐、動態(tài)特性。對閉環(huán)系統(tǒng)來說该贾，總希望系統(tǒng)有較高的動態(tài)精度羔杨，即當系統(tǒng)有一個較小的位置誤差時，機床移動部件會迅速反應杨蛋。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行論述兜材。

　　1 加工精度

　　精度是機床必須保證的一項性能指標。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)控機床的加工精度蛹段。因此位置精度是一個極為重要的指標猖生。為了保證有足夠的位置精度，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妥尘。因為在閉環(huán)控制系統(tǒng)中辞垦，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健乾≡跗澹可以說，數(shù)控機床的加工精度主要由檢測系統(tǒng)的精度決定煌害。位移檢測系統(tǒng)能夠測量的最小位移量稱做分辨率象人。分辨率不僅取決于檢測元件本身，也取決于測量線路芦惧。在設計數(shù)控機床蜀谤、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耙替。所選擇的測量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當量亚侠，一般要求比加工精度高一個數(shù)量級∷咨龋總之硝烂，高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測元件作為保證。例如铜幽，數(shù)控機床中常用的直線感應同步器的精度已可達±0.0001mm滞谢，即0.1μm，靈敏度為0.05μm除抛，重復精度0.2μm狮杨；而圓型感應同步器的精度可達0.5N，靈敏度0.05N到忽，重復精度0.1N橄教。

　　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)-?喘漏，速度穩(wěn)態(tài)誤差e(∞)＝1/K护蝶，其中K為開環(huán)放大倍數(shù)，工程上多稱作開環(huán)增益静冯。顯然肿功，系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)是影響伺服系統(tǒng)的靜態(tài)蛮究、動態(tài)指標的重要參數(shù)之一狱鼎。

　　一般情況下，數(shù)控機床伺服機構的放大倍數(shù)取為20～30(1/S)家厂。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)篷浅，多用于點位控制。而把K>20的系統(tǒng)稱為高放大倍數(shù)或硬伺服系統(tǒng)，應用于輪廓加工系統(tǒng)客娱。

　　假若為了不影響加工零件的表面粗糙度和精度题琅，希望階躍響應不產(chǎn)生振蕩，即要求是取值大一些圈机，開環(huán)放大倍數(shù)K就小一些歉活；若從系統(tǒng)的快速性出發(fā)，希望x選擇小一些偏戳，即希望開環(huán)放大倍數(shù)～增加些莉歼，同時K值的增大對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度也能有所提高。因此攻泼，對K值的選取是必需綜合考慮的問題火架。換句話說，并非系統(tǒng)的放大倍數(shù)愈高愈好忙菠。當輸入速度突變時何鸡，高放大倍數(shù)可能導致輸出劇烈的變動，機械裝置要受到較大的沖擊牛欢，有的還可能引起系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題骡男。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。低放大倍數(shù)系統(tǒng)也有一定的優(yōu)點傍睹，例如系統(tǒng)調(diào)整比較容易洞翩，結構簡單，對擾動不敏感焰望，加工的表面粗糙度好骚亿。

　　3 提高可靠性

　　數(shù)控機床是一種高精度、高效率的自動化設備熊赖，如果發(fā)生故障其損失就更大来屠，所以提高數(shù)控機床的可靠性就顯得尤為重要≡鄞埽可靠度是評價可靠性的主要定量指標之一囚请，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率寂逛。對數(shù)控機床來說缚扩，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、工作條件及工作方式等亏铃，例如溫度闪妓、濕度、振動穴眼、電源甚庇、干擾強度和操作規(guī)程等腿扑。這里的功能主要指數(shù)控機床的使用功能，例如數(shù)控機床的各種機能葵嗦，伺服性能等陆拐。

　　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)工作的可修復設備或系統(tǒng)，從一次故障到下一次故障的平均時間英品，數(shù)控機床常用它作為可靠性的定量指標丛楚。由于數(shù)控裝置采用微機后，其可靠性大大提高憔辫，所以伺服系統(tǒng)的可靠性就相對突出鸯檬。它的故障主要來自伺服元件及機械傳動部分。通常液壓伺服系統(tǒng)的可靠性比電氣伺服系統(tǒng)差螺垢，電磁閥喧务、繼電器等電磁元件的可靠性較差，應盡量用無接觸點元件代替枉圃。

　　目前數(shù)控機床因受元件質量功茴、工藝條件及費用等限制，其可靠性還不很高孽亲。為了使數(shù)控機床能得到工廠的歡迎坎穿，必須進一步提高其可靠性，從而提高其使用價值返劲。在設計伺服系統(tǒng)時玲昧，必須按設計的技術要求和可靠性選擇元器件，并按嚴格的測試檢驗進行篩選篮绿，在機械互鎖裝置等方面孵延，必須給予密切注意，盡量減少因機械部件引起的故障羽剪。

　　4 寬范圍調(diào)速

　　在數(shù)控機床的加工中茸例，伺服系統(tǒng)為了同時滿足高速快移和單步點動，要求進給驅動具有足夠寬的調(diào)速范圍殴燃。

　　單步點動作為一種輔助工作方式常常在工作臺的調(diào)整中使用偷逆。

　　伺服系統(tǒng)在低速情況下實現(xiàn)平穩(wěn)進給，則要求速度必須大于“死區(qū)”范圍斯荒。所謂“死區(qū)”指的是由于靜摩擦力的存在使系統(tǒng)在很小的輸入下卤索，電機克服不了這摩擦力而不能轉動。此外挨狡，還由于存在機械間隙斯泥，電機雖然轉動，但拖板并不移動愧鹊，這些現(xiàn)象也可用“死區(qū)”來表達而灸。
設死區(qū)范圍為a拐尚，則最低速度Vmin惩赊，應滿足Vmin≥a电湘，由于a≤dK，d為脈沖當量(mm/脈沖)鹅经；K為開環(huán)放大倍數(shù)寂呛，則

　　Vmin≥dK

　　若取d=0.01mm/脈沖，K=30×1/S瘾晃，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贷痪，高速度固然能提高生產(chǎn)率，但對驅動要求也就更高蹦误。此外劫拢，從系統(tǒng)控制角度看也有一個檢測與反饋的問題，尤其是在計算機控制系統(tǒng)中强胰，必須考慮軟件處理的時間是否足夠舱沧。

　　由于 　　fmax=fmax/d

　　式中：fmax為最高速度的脈沖頻率，kHz偶洋；vmax為最高進給速度熟吏，mm/min；d為脈沖當量玄窝，mm蒲龟。

　　又設D為調(diào)速范圍，D=vmax/vmin讼崔，得

　　fmax =Dvmin/d=DKd/d=DK

　　則為最小的間隔時間tmin凌宫，即tmin=1/DK。顯然死辫，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甥轿。對最高速度而言，vmax的取值是受到tmin的約束品庞。

　　一個較好的伺服系統(tǒng)绿相，調(diào)速范圍D往往可達到800～1000。當今最先進的水平是在脈沖當量d=1μm的條件下斋垫，進給速度從0～240m/min范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)篷低。

　　5 結論

　　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行了分析，并提出了系統(tǒng)穩(wěn)定運行的可靠性指標届饰，該研究結果可用于伺服數(shù)控系統(tǒng)的設計其种，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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