畢業(yè)論文---伺服電機及驅(qū)動系統(tǒng)在機床中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　伺服電機及驅(qū)動系統(tǒng)在機床中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢</p><p>　　1 交流伺服電機的結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上有兩個繞組，即勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組在空間相差90°電角度。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永

2、磁鐵，驅(qū)動gS控制的u／V／W三相電形成電磁場 轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較 調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度{線數(shù))。</p><p>　　交流伺服電機的工作原理和單相感應(yīng)電動機無本質(zhì)上的差異。但是，交流伺服電機必須具備一個性能，就是能克服交流伺服電機的所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即無控制信號時，它不應(yīng)轉(zhuǎn)動，特別是當它已在轉(zhuǎn)動時，如果

3、控制信號消失，它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動。而普通的感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動。</p><p>　　當電機原來處于靜止狀態(tài)時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組通電產(chǎn)生脈動磁場。可以把脈動磁場看成兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉(zhuǎn)速，向相反方向旋轉(zhuǎn)，所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應(yīng)出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各

4、自的磁場作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為零，伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號，控制繞組就要接受與之相對應(yīng)的控制電壓。在一般情況下，電機內(nèi)部產(chǎn)生的磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以看成是由兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值不等（與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場大，與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場?。韵嗤乃俣?，向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、

5、大小不等（正轉(zhuǎn)者大，反轉(zhuǎn)者小）合成力矩不為零，所以伺服電機就朝著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來，隨著信號的增強，磁場接近圓形，此時正轉(zhuǎn)磁場及其力矩增大，反轉(zhuǎn)磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負載力矩不變，轉(zhuǎn)子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相180o，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)</p><p>　　為使交流伺服電機具有控制信號消失，立即停止轉(zhuǎn)動的功能，把它的轉(zhuǎn)子電阻做得特別大，使它的臨界轉(zhuǎn)差率Sk大于1。在電機運行過程中，如

6、果控制信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產(chǎn)生一個脈動磁場，此脈動磁場可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉(zhuǎn)化為脈動磁場，它可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成，電機即按合成特性曲線運行。由于轉(zhuǎn)子的慣性，運行點由A點移到B點，此時電動機產(chǎn)生了一個與轉(zhuǎn)子原來轉(zhuǎn)動方向相反的制動力矩。在負載力矩和制動力矩的作用下使轉(zhuǎn)子迅速停止</p><p>　　必須指出，普通的兩相和三相異步電動機

7、正常情況下都是在對稱狀態(tài)下工作，不對稱運行屬于故障狀態(tài)。而交流伺服電機則可以靠不同程度的不對稱運行來達到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通異步電動機的根本區(qū)別。</p><p>　　就伺服驅(qū)動器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運算量最小，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最快;位置模式運算量最大，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最慢。</p><p>　　對運動中的動態(tài)性能有比較高的要求時，需要實時對電機進行調(diào)整

8、。那么如果控制器本身的運算速度很慢(比如PLC，或低端運動控制器)，就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動器移到控制器上，減少驅(qū)動器的工作量，提高效率(比如大部分中高端運動控制器);如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機。</p><p><b>　　換一種說法是：&

9、lt;/b></p><p>　　1、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應(yīng)5Nm的話，當外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉(zhuǎn)，外部負載等于2.5Nm時電機不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時電機反轉(zhuǎn)(通常在有重力負載情況下產(chǎn)生)?？梢酝ㄟ^即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通

10、訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。</p><p>　　2、位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有

11、很嚴格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機床、印刷機械等等。</p><p>　　3、速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的

12、優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。</p><p>　　（交流伺服電機的結(jié)構(gòu)圖）</p><p>　　2 交流伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應(yīng)用</p><p>　　目前普遍采用的交流伺服電機都是永磁同步電動機，這種電機具有能量轉(zhuǎn)換效率高，體積小，運行可靠性高、調(diào)速范圍廣，系統(tǒng)動、靜特性好等優(yōu)點，隨著世界各國紛紛對加大其進行研究，大大提高了交流

13、伺服電機的效率，縮小了體積，降低了成本，特別是隨著電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，極大地促進了交流伺服控制技術(shù)的發(fā)展，目前，各國的電氣公司，如德國的西門子、美國的通用電氣公司、日本的三菱公司等都相繼推出了各自的永磁同步伺服電動機和伺服驅(qū)動系列產(chǎn)品，并不斷采用新技術(shù)進行改進和更新，使永磁同步伺服系統(tǒng)性能更加優(yōu)異，價格更趨合理。交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)已經(jīng)成為必然趨勢。特別在伺服定位領(lǐng)域里，目前交流伺服產(chǎn)品已經(jīng)是主流產(chǎn)品。</p

14、><p>　　(交流伺服系統(tǒng)的控制框圖)</p><p>　　2.1 交流伺服系統(tǒng)的特點</p><p>　　60～70年代后，數(shù)控系統(tǒng)大多采用直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電機具有良好的寬調(diào)速性能。輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，伺服系統(tǒng)也由開環(huán)控制發(fā)展為閉環(huán)控制，因而在工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域獲得了更加廣泛的運用。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，其相應(yīng)設(shè)備如精密數(shù)控機床、工業(yè)機器人等對電伺服系

15、統(tǒng)提出越來越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而傳統(tǒng)直流電動機采用的是機械式換向器，在應(yīng)用過程中面臨很多問題，如電刷和換向器易磨損，維護工作量大，成本高;換向器換向時會產(chǎn)生火花，使電機的最高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制;直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對其他設(shè)備易產(chǎn)生干擾。     這些問題的存在，限制了直流伺服系統(tǒng)在高精度、高性能要求伺服驅(qū)動場合的應(yīng)用。</p><p>　　針

16、對直流電動機的缺點，人們一直在努力尋求以交流伺服電動機取代具有機械換向器和電刷的直流伺服電動機的方法，以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是高精度、高性能伺服驅(qū)動領(lǐng)域的需要。但是由于交流電機具有強耦合，非線性的特性，控制非常復(fù)雜，所以高性能運用一直受到局限。自80年代以來，隨著電子電力等各項技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，在矢量控制算法方面的突破，原來一直困擾著交流電動機的問題得以解決，交流伺服發(fā)展地越來越快。  &#

17、160;  交流伺服系統(tǒng)的特點     交流伺服系統(tǒng)除了具有穩(wěn)定性好、快速性好、精度高的特點外，與直流伺服電機系統(tǒng)相比有一系列優(yōu)點:     a交流電機不存在換向器圓周調(diào)速限制，也不存在電樞元件中電抗電勢數(shù)值限制，其轉(zhuǎn)速限制可以設(shè)計得比相同功率的直流電機高。     b調(diào)速范圍寬，目前大多數(shù)的交流

18、伺服電機的變速比可以達到1:5000，高性能的伺服電機的變速比已達1:10000以上。滿足數(shù)控機床傳動調(diào)速范圍寬、靜差率小的要求。     c矩頻特性好，交流電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。并且具有轉(zhuǎn)矩過載能力，可克服慣性負載在</p><p><b>　　2.2數(shù)控機床</b></p>

19、<p>　　20世紀50年代出現(xiàn)數(shù)控機床以來，作為數(shù)控機床重要組成部分的伺服系統(tǒng)，隨著新材料、電子電力、控制理論等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了從步進伺服系統(tǒng)到直流伺服系統(tǒng)再到今天的交流伺服系統(tǒng)的過程。交流伺服技術(shù)的日益發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)將逐步全面取代直流伺服系統(tǒng)。      數(shù)控（Numerical Control）是數(shù)控技術(shù)的簡稱。它是利用數(shù)字化的信息對機床及加工過程進行控制的一種方法

20、。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要部分，它隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展?，F(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)都是由計算機完成以前硬件數(shù)控所做的工作，為特別強調(diào)，有時也稱為計算機數(shù)字控制系統(tǒng)。計算機數(shù)字控制CNC（Computer Numerical Control）系統(tǒng)是以微處理器技術(shù)為特征,并隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、通訊技術(shù)以及精密測量技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展完善的一種先進加工制造系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)框圖見圖所示，它由數(shù)控程序、輸入輸出設(shè)備、操作面板、CNC裝備

21、、可編程控制器（PLC）、主軸伺服系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、檢測裝備和一些電氣輔助裝置等組成。</p><p><b>　?。–NC系統(tǒng)框圖）</b></p><p>　　2.3 伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應(yīng)用</p><p>　　伺服系統(tǒng)是以驅(qū)動裝置—電機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動

22、自動控制系統(tǒng)，它包括伺服驅(qū)動器和伺服電機。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的作用在于接受來自數(shù)控裝置的指令信號，驅(qū)動機床移動部件跟隨指令脈沖運動，并保證動作的快速和準確，這就要求高質(zhì)量的速度和位置伺服。數(shù)控機床的精度和速度等技術(shù)指標往往主要取決于伺服系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求:</p><p>　　a精度高   數(shù)控機床不可能像傳統(tǒng)機床那樣用

23、手動操作來調(diào)整和補償各種誤差，因此它要求很高的定位精度和重復(fù)定位精度。</p><p>　　b快速響應(yīng)特性好   </p><p>　　快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的標志之一。它要求伺服系統(tǒng)跟隨指令信號不僅跟隨誤差小，而且響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。在系統(tǒng)給定輸入后，能在短暫的調(diào)節(jié)之后達到新的平衡或是受到外界干擾作用下能迅速恢復(fù)原來的平衡狀態(tài)。 </p><

24、p><b>　　c調(diào)速范圍大  </b></p><p>　　由于工件材料、刀具以及加工要求不同，要保證數(shù)控機床在任何情況下都能得到最佳的切削條件，伺服系統(tǒng)就必須有足夠的調(diào)速范圍，既能滿足高速加工要求，又能滿足低速進給要求。調(diào)速范圍一般大于1:10000。而且在低速切削時，還要求有較大穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩輸出。 d系統(tǒng)可靠性要好 </p><p

25、>　　數(shù)控機床的使用率要求很高，常常是24小時連續(xù)工作不能停機，因而要求工作可靠。</p><p>　　數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的基本組成如圖2 所示。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按有無反饋檢測元件分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。驅(qū)動控制單元是將進給指令轉(zhuǎn)化為執(zhí)行元件所需要的信號，執(zhí)行元件將該信號轉(zhuǎn)為機械位移。開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋檢測元件和比較控制環(huán)節(jié)，這些是閉環(huán)控制系統(tǒng)必須的部分。   &

26、#160; 伺服系統(tǒng)按用途和功能分為進給驅(qū)動系統(tǒng)和主軸驅(qū)動系統(tǒng)。按有無反饋檢測元件分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。按執(zhí)行元件的不同，分為步進伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)</p><p>　　圖2 伺服系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　3 交流伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應(yīng)用趨勢</p><p>　　3.1 國內(nèi)交流伺服的研究現(xiàn)狀</p><p

27、>　　交流伺服系統(tǒng)包括基于異步電動機的交流伺服系統(tǒng)和基于同步電動機的交流伺服系統(tǒng)。目前機床主要采用的是永磁同步交流伺服系統(tǒng)。在交流伺服研究領(lǐng)域，日本、美國和歐洲的研究一直走在世界前列。日本的安川公司在20世紀80年代中期研制成功世界上第一臺交流伺服驅(qū)動器。隨后FANUC、三菱、松下等公司先后推出各自的交流伺服系統(tǒng)，國外的這些產(chǎn)品大多是基于異步電動機的。國內(nèi)在基于異步電機交流伺服系統(tǒng)的研究比較晚，到目前為止還沒有產(chǎn)品問世。國內(nèi)很多學(xué)

28、者把研究的重點放在永磁同步電機伺服系統(tǒng)上。我國的華中科技大學(xué)、北京機床研究所、西安微電動機研究所、中科院沈陽自動化研究所、蘭州電動機廠等單位開始研究并推出交流伺服系統(tǒng)。其中，由廣州數(shù)控公司生產(chǎn)的DA98全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動裝置在我國的高精度數(shù)控伺服驅(qū)動行業(yè)已經(jīng)打開局面，打破了外國公司壟斷的格局，開創(chuàng)了民族品牌新紀元。     交流伺服的信號和數(shù)控系統(tǒng)接口有三種模式，也是它經(jīng)歷的三個階段。以國內(nèi)

29、來說，廣州數(shù)控的DA98屬于第一代也是劃時代的一種伺服驅(qū)動器，它是國內(nèi)第一臺全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動裝置，它接受方向命令脈沖。第二代是以埃斯頓為代表的EDB系列，它不僅能夠接受</p><p>　　3.2 數(shù)控機床中伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　3.2.1 概述</p><p>　　伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備———電動機為控制對象，以控制器為核心

30、，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自 動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn) 角，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。具體在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位 移、速度指令，經(jīng)變換、放調(diào)與整大后，由電動機和機 械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床坐標軸、主軸等，帶動工作臺及刀 架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械 運動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。</p>&

31、lt;p>　　作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào) 制技術(shù)、特種電機材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技 術(shù)的進步，經(jīng)歷了從步進到直流，進而到交流的發(fā)展歷 程。數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng)種類繁多，本文通過分析其 結(jié)構(gòu)及簡單歸分，對其技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作簡要探討。</p><p>　　伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及分類</p><p>　　從基本結(jié)構(gòu)來看

32、，伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：控 制器、功率驅(qū)動裝置、反饋裝置和電動機（附圖）?？?制器按照數(shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際 運行值的差，調(diào)節(jié)控制量；功率驅(qū)動裝置作為系統(tǒng)的主 回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電 動機之上，調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電動機 的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動機所需的交流 電或直流電；電動機則按供電大小拖動機械運轉(zhuǎn)。</p><p>　　附圖中的主要成分變

33、化多樣，其中任何部分的變化都可構(gòu)成不同種類的伺服系統(tǒng)。如根據(jù)驅(qū)動電動機的類型，可將其分為直流伺服和交流伺服；根據(jù)控制器實現(xiàn) 方法的不同，可將其分為模擬伺服和數(shù)字伺服；根據(jù)控 制器中閉環(huán)的多少，可將其分為開環(huán)控制系統(tǒng)、單環(huán)控制系統(tǒng)、雙環(huán)控制系統(tǒng)和多環(huán)控制系統(tǒng)。考慮伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應(yīng)用，本文首先按機床中傳動機械的不同將其分為進給伺服與主軸伺服，然后再根據(jù)其他要素 來探討不同伺服系統(tǒng)的技術(shù)特性。</p><p>

34、<b>　　伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　3.2.3 交流伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀和展望 </p><p>　　針對直流電動機的缺陷，如果將其做“里翻外”的 處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn) 子軸上的編碼器測出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無刷電動 機，同時隨著矢量控制方法的實用化，使交流伺服系統(tǒng) 具有良好的伺服特性。其寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快 速動態(tài)

35、響應(yīng)及四象限運行等良好的技術(shù)性能，使其動、 靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時可實現(xiàn) 弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能 伺服驅(qū)動的要求。</p><p>　　目前在機床進給伺服中采用的主要是永磁同步交流 伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數(shù)字形式和軟件形 式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置控制通 常由上位機實現(xiàn)。數(shù)字伺服可實現(xiàn)一機多用，如做速 度、力矩、位置控制?？山邮漳M指令和脈沖

36、指令，各 種參數(shù)均以數(shù)字方式設(shè)定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自 診斷、報警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數(shù)字伺 服系統(tǒng)。其將各種控制方式和不同規(guī)格、功率的伺服電 機的監(jiān)控程序以軟件實現(xiàn)。使用時可由用戶設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動進入工作狀態(tài)。配有數(shù)字接口，改變 工作方式、更換電動機規(guī)格時，只需重設(shè)代碼即可，故也稱萬能伺服。交流伺服已占據(jù)了機床進給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電

37、子器件不斷向高頻化方 向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微 處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進先進控制算法的 應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成 熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。</p><p>　　交流異步伺服電機在數(shù)控機床的應(yīng)用趨勢</p><p>　　隨著中國數(shù)控機床的快速發(fā)展，國產(chǎn)交流異步伺服電機在數(shù)控機床的使用已經(jīng)越來越廣泛了，它不僅大大提升了中國數(shù)

38、控機床的性能和檔次，同時使得原來以進口為主的交流異步伺服單元價格大幅度降低。據(jù)不完全統(tǒng)計，近三年來國外知名品牌交流異步伺服單元進入中國市場產(chǎn)品的價格已經(jīng)下降了近50percent。中國數(shù)控機床依附于進口數(shù)控機床功能部件的局面得到了很大的改善</p><p>　　。  數(shù)控機床使用的伺服電機分為進給伺服電機和主軸伺服電機兩種。進給伺服但主要是以交流永磁同步伺服電機為主，由于其驅(qū)動控制器的復(fù)雜性，所以

39、國產(chǎn)進給伺服主要是以1.5KW以下的小功率為主，2.0KW以上的仍是進口產(chǎn)品居多。在主軸伺服電機方面，由于永磁電機普遍存在結(jié)構(gòu)強度問題，目前市場上的主軸伺服電機包括進口知名品牌仍以交流異步伺服為主。   </p><p>　　中國數(shù)控機床的產(chǎn)量近幾年快速增長，據(jù)統(tǒng)計2006年全國生產(chǎn)了85756臺數(shù)控機床，同比增長了32.78percent。但是，在這些數(shù)控機床中約占70percent的產(chǎn)

40、品是經(jīng)濟型數(shù)控車床或簡式數(shù)控車床。這些數(shù)控車床除了必要的NC、進給伺服、滾珠絲杠外，主軸箱傳動部分基本上以傳統(tǒng)的齒輪箱結(jié)構(gòu)為主，主軸電機仍以普通的交流異步電機或者雙速電機為主。近年來隨著變頻電機的發(fā)展，這些產(chǎn)品中約有40percent配套應(yīng)用了變頻調(diào)速電機，有的廠家稱之變頻數(shù)控機床。</p><p>　　主軸是數(shù)控機床的重要功能部件。無論是主軸的最高轉(zhuǎn)速、主軸起動停止的加減速時間、主軸的螺紋切削功能、主軸的恒線速

41、度切削功能等，都已經(jīng)成為廣大用戶關(guān)心的重要指標。而實現(xiàn)這些功能只有配置交流伺服主軸電機。</p><p>　　交流主軸伺服單元同變頻調(diào)速裝置相比，顯然從性能及性價比來說要高出一個檔次，這也是為什么進口的數(shù)控車床均采用交流主軸伺服單元而不是變頻調(diào)速裝置的關(guān)鍵所在。</p><p>　　目前在機械裝備中，交流異步伺服應(yīng)用的并不普遍。但隨著自動化水平的提高，交流異步伺服會有廣泛的市場</p

42、><p>　　現(xiàn)代數(shù)控機床是朝著精密化和高速化方向發(fā)展。作為數(shù)控機床主要組成部分的伺服系統(tǒng)，越來越多的選擇停留在交流伺服上面，它具有其他幾種伺服系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)勢。隨著交流伺服技術(shù)的發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)將逐漸地全面取代直流伺服系統(tǒng)。</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　作為數(shù)控機床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一 直是

43、影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。圍繞伺服系統(tǒng)動態(tài) 特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了多種伺服驅(qū)動技 術(shù)。可以預(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造 等先進制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系 統(tǒng)、直線電動機及高速電主軸等將成為數(shù)控機床行業(yè)的 關(guān)注的熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。</p><p><b>　　5 參考文獻</b></p><p><b>

44、　　6 致謝</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計得到了很多老師、同學(xué)和同事的幫助，其中我的導(dǎo)師xx老師對我的關(guān)心和支持尤為重要，每次遇到難題，我最先做的就是向兩位導(dǎo)師尋求幫助，而兩位導(dǎo)師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。 另外，感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課題，并在這個過程當中，給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更

45、多學(xué)習(xí)一些實踐應(yīng)用知識，增強了我們實踐操作和動手應(yīng)用能力，提高了獨立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。 感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖髮W(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次演繹了團結(jié)合作的童話，把一個龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更 讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團結(jié)的力量。