数控机床进给伺服系统的优化要求

1.机械特性好

要求伺服装置静态和动态的速降小、刚度大。伺服系统的刚度与机床机械构件的刚度有相同的意义，即在外部干扰力（切削力、重力等外力）作用下，这些力从工作部件传到电动机轴上产生的转角位置变化。用δ表示单位外力矩作用下的位移：δ＝Δθ／T

式中Δθ——工作部件角位移量；

T——外加扰动力矩。

要求δ很小，甚至为零，即通电之后，伺服装置处于闭环状态，要求任何外力不使机床的工作部件发生位移（在限度以内）。数控机床加工中有时从插补运动过渡到某一轴的直线运动或旋转运动，如果待工作的轴伺服刚性不好，加工精度同样得不到保证，这是显然的。

2.调速范围宽

调速范围r_n是指进给电动机提供的最低转速n_min和最高转速n_max之比，即r_n＝n_min/n_max。在各种数控机床中，由于加工用刀具、被加工材料、主轴转速以及零件加工工艺要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求进给驱动系统必须具有足够宽的无级调速范围（通常大于1∶10000），尤其在低速（如＜0.1r/min）时，要保持平滑运动而无爬行现象。

脉冲当量为1μm/P的情况下，最先进的数控机床的进给速度从0～240m/min连续可调。但对于一般的数控机床，要求进给驱动系统在0～24m/min进给速度下工作就足够了。

3.定位精度高(www.xing528.com)

使用数控机床主要是为了：保证加工质量的稳定性、一致性，减少废品率；解决复杂曲面零件的加工问题，解决复杂零件的加工精度问题；缩短制造周期等。数控机床是按预定的程序自动进行加工的，避免了操作者的人为误差，但是，它不可能应付事先没有预料到的情况。就是说，数控机床不能像普通机床那样，可随时用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响。因此，要求进给驱动系统具有较好的静态特性和较高的刚度，从而达到较高的定位精度，以保证机床具有较小的定位误差与重复定位误差（目前进给伺服系统的分辨率可达1μm或0.1μm，甚至0.01μm）；同时进给驱动系统还要具有较好的动态性能，以保证机床具有较高的轮廓跟随精度。

4.快速响应，无超调

为了提高生产率和保证加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。一方面，在起动、制动时，要求加、减加速度足够大，以缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。一般电动机的速度从零变到最高转速，或从最高转速降至零的时间在200ms以内，甚至小于几十毫秒。这就要求进给系统要快速响应，但又不能超调，否则将形成过切，影响加工质量。另一方面，当负载突变时，要求速度的恢复时间也要短，且不能有振荡，这样才能得到光滑的加工表面。

要求进给电动机必须具有较小的转动惯量和大的制动转矩，尽可能小的机电时间常数和起动电压。电动机具有4000r/s²以上的加速度。

5.低速大转矩，过载能力强

数控机床要求进给驱动系统有非常宽的调速范围，例如在加工曲线和曲面时，拐角位置某轴的速度会逐渐降至零。这就要求进给驱动系统在低速运转时保持恒力矩输出，无爬行现象，并且具有长时间内较强的过载能力，和频繁的起动、反转、制动能力。一般伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载4～6倍而不损坏。

6.可靠性高

数控机床，特别是自动生产线上的设备要求具有长时间连续稳定工作的能力，同时数控机床的维护、维修也较复杂，因此，要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力，以及很强的抗干扰的能力。