伺服驱动器在数控机床进给轴上的控制与应用

摘要：随着当前制造业的飞速发展，生产中常用的机床也渐渐的开始了革命，出现了具备更高效率与加工精度的数控机床。传统的常规机床已经逐渐被数控机床所取代，且目前数控机床进给轴的控制已经实现了对位置运动的实时操控，精准高效的位置运动控制，令当前数控机床的精准度有了质的飞跃。

关键词：伺服驱动器；数控機床；进给轴

1 伺服控制系统

伺服控制系统是用以针对某过程实施精确跟随或复现的反馈控制系统，还可以将其称之为随动系统。伺服控制系统多用于数控机床上，这一系统经历了多个发展历程。自步进伺服起，逐渐发展成为直流伺服、交流伺服。构成伺服系统的主要构件共分为以下五大部分：驱动器、控制器、电动机、检测器以及机床工作台。

伺服驱动器是构成伺服控制系统的关键构件，也是自动化数控设备中常用的组件。作为控制伺服电机的操控装置，与普通交流马达上所配置的变频器相类似，同属于伺服系统整体的构成元件，可以在高精度定位系统上加以应用。伺服驱动器一般是利用位置、速度以及力矩的调整控制实现对伺服电机的操控，能够令传动系统精准的定位，也是当前传动技术应用中常用的高新产品。

利用伺服驱动器的精准控制功能，可以实现数控加工中心等多种自动化设备完成更精准的工作，这一技术也已经开始在工业机器人领域崭露头角。伺服驱动器的控制核心由数字信号处理器构成，能够完成复杂繁琐的控制算法，且具备较强的网络数字化、智能规划功能。

2 数控机床与进给轴

数控机床的诞生为生产加工制造业带来了高效的生产力，并全面提升了社会整体的制造水平与生产效率，促进了市场的革命性突破。

进给轴是数控机床中重要的机械传动装置，主要是纵向、横向两类进给轴结构，其部件主要是传动部件以及支撑部件。在进给轴的垂直方向安装应用时，需要注重丝杠自锁，预防突发性的断电情况引发主轴箱体的下滑，因此相关制动装置也是进给轴的必备构件。

当前常见的数控机床都是采用滚珠丝杠，将伺服电机的旋转运动转变为直线运动，并实现工作台或刀架的运作。滚珠丝杠副是实现数控机床运行的重要传动构件，且展现出了较高的传动效率，灵敏度、稳定度、刚度、耐久性也在长期应用中表现良好。当前的滚珠丝杠副已经成为了批量、产业化生产的产品，所以其品质与精度已经趋于完善，但是在机床安装中，若是没有安装到位，仍会直接影响到机床运作的精度以及加工质量。

支撑丝杠是轴承座与轴承共同组成进给轴的支撑构件，也是影响到数控机床整体加工精度的重要构件。滚珠丝杠副的支撑模式主要有以下三种：一是将一端固定，另一端自由；二是采用一端固定，一端游动；三是两端皆固定。而应用最广泛的则是两端皆固定的形式，这样能够提供更高的精度，且整体刚度较强，利于提高机床加工的精准度。

3 数控机床中伺服驱动器与进给轴的应用

进给传动与伺服驱动器都是实现数控机床运作的重要构建。进给传动系统是负责数控机床中多条线路、回转坐标定位以及切削进给的重要执行系统。进给传动系统需要极高的精准性才能够实现更加精准的加工工作。对于数控机床的运行系统操控而言，要求其具备对运动速度、运动位置的精准自动控制，且具备迅速的反应能力，才能够令整体操控系统具备精确的定位和优良的动态响应性。

通常情况之下，机床单轴模拟进给的数控系统主要是用以控制位置运动。在执行相关定位位置命令Xi（s）后，发出位置偏差信号，然后伺服驱动器控制系统便会基于这一偏差信号E（s）来驱动交流电机运作，并带动丝杆转动，然后将运动传达至丝杆螺母实现工作台移动，输出相应的位移X0（s）。在工作台上固定的光栅尺直线位移监测装置检测出输出的X0（s）之后，会经过处理放大并视作反馈信号与输入信号进行对比。若跟随误差E（s）=Xi（s）-X0（s）≠0，则仍旧利用驱动系统控制工作台继续移动至跟随误差E（s）=0，然后终止系统输出。这就是机床的反馈控制回路最常见的模式，若是不具备反馈回路，则称之为开环控制系统。

数控机床进给系统图

就数控机床来讲，需要保障控制驱动系统的稳定，还要求提供相应的性能指标工作作为充分必要条件。而进给轴系统需要基于死区、最大超调量以及稳态误差等状况来衡量性能。一般来讲，大多数的性能指标之间都是相互联系的，比如稳态误差一旦减小，必然会造成整体系统稳定性的降低。若是需要考量相关主要性能，则需要通过控制对象并利用一定的放来实现调校，提高整体控制系统的综合性指标。

4 总结

目前我国加工业正在进行技术革新，寻求更加精准的高质量加工。在追求提高质量的同时，加工生产效率也是一大研究重点。采用高性能、高品质的伺服驱动器，能够强化数控机床的信号传达相应效率，且具备良好的稳定性。将伺服驱动器的优异性能与进给轴相结合，才能够实现精准加工，全面提高数控机床整体加工效率与加工质量，推动产业的技术革新。

参考文献：

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[2]姜辉，杨建国，姚晓栋，张余升，袁峰.数控机床主轴热漂移误差基于贝叶斯推断的最小二乘支持向量机建模[J/OL].机械工程学报，2013，49（15）：115-121.

作者简介：张魏（1988-），男，汉族，江苏扬州人，本科，助理工程师，研究方向：1.伺服驱动控制；2.数控系统应用。