数控技术及应用教案及讲癌 上部分：数控技术及编程 然而，从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置，其成本高，故障多， 维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。另外，机 械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度：电动机的电枢在转子上，使得电动 机效率低，散热差：为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统 的动态性能。 (3)交流同服系统 针对直流电动机的缺陷，如果将其做“里翻外”的处理，即把电枢绕组装在定子上， 转子为永磁部分，由转子轴上的编码器测出磁极位置，就构成了永磁无刷电动机，同时 随着矢量控制方法的实用化，使交流伺服系统具有良好的伺服特性，其宽调速范围、高 稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，使其动、静态特性可完全与 直流伺服系统相娆美，同时可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性 能伺服取动的要求。 目前，数控机床进给同服系统主要采用永蕊同步交流同服系统，有以下三种类型： 模拟形式、数字形式和软件形式。模拟伺服用途单一，只接收模拟信号：数字伺服可实 现一机多用，如做速度、力矩、位置控制，可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以 数字方式设定，稳定性好，具有较丰言的自诊断、报警功能：软件伺服是基于微处理器 的全数字伺服系统，它将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件 实现，使用时可由用户设定代码与相关的数据自动进入工作状态，配有数字接口，改变 工作方式、更换电动机规格时，只需重设代码即可，故也称为万能伺服。 交流伺服系统已占据了机床进给伺服系统的主导地位，并随着新技术的发展而不断 完善，具体体现在以下三个方面：一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频 化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用：二是基于微处理器嵌入式平台技术的成 熟，将促进先进控制算法的应用：三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟， 将使基于网络的伺服控制成为可能。 (4)直线伺服系统 直线伺服系统采用的是一种直接驱动方式(Direct Drive),是高速高精数控机床 的理想驱动模式，与传统的旋转传动方式相比，最大特点是取消了电动机到工作台间的 一切机械中间传动环节，即把机床进给传动链的长度缩短为零。这种“零传动”方式， 带来了旋转驱动方式无法达到的性能指标，如加速度可达3g以上，为传统驱动装置的 10~20倍，进给速度是传统的4~5倍，因此直线伺服受到机床厂家的重视，技术发展 迅速。在2001年欧洲机床展上，有几十家公司展出直线电动机驱动的高速机床，其中 尤以德国DMG公司与日本AZAK公司最具代表性。2000年DMG公司己有28种机型采用 直线电动机驱动，年产1500多台，约占总产量的1/3。而MAZAK公司也推出基于直线同 服系统的超音速加工中心，主轴最高转速80000r/min,快速移动速度500m/min,加速 度6g。所有这些，都预示着以直线电动机驱动为代表的第二代高速机床，将取代以高速 滚珠丝杠驱动为代表的第一代高速机床，并在使用中逐步占据主导地位。 兰州交通大学机电工程学院数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 7 然而，从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置，其成本高，故障多， 维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。另外，机 械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度；电动机的电枢在转子上，使得电动 机效率低，散热差；为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统 的动态性能。 （3）交流伺服系统 针对直流电动机的缺陷，如果将其做“里翻外”的处理，即把电枢绕组装在定子上， 转子为永磁部分，由转子轴上的编码器测出磁极位置，就构成了永磁无刷电动机，同时 随着矢量控制方法的实用化，使交流伺服系统具有良好的伺服特性，其宽调速范围、高 稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，使其动、静态特性可完全与 直流伺服系统相媲美，同时可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性 能伺服驱动的要求。 目前，数控机床进给伺服系统主要采用永磁同步交流伺服系统，有以下三种类型： 模拟形式、数字形式和软件形式。模拟伺服用途单一，只接收模拟信号；数字伺服可实 现一机多用，如做速度、力矩、位置控制，可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以 数字方式设定，稳定性好，具有较丰富的自诊断、报警功能；软件伺服是基于微处理器 的全数字伺服系统，它将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件 实现，使用时可由用户设定代码与相关的数据自动进入工作状态，配有数字接口，改变 工作方式、更换电动机规格时，只需重设代码即可，故也称为万能伺服。 交流伺服系统已占据了机床进给伺服系统的主导地位，并随着新技术的发展而不断 完善，具体体现在以下三个方面：一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频 化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成 熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟， 将使基于网络的伺服控制成为可能。 （4）直线伺服系统 直线伺服系统采用的是一种直接驱动方式（Direct Drive），是高速高精数控机床 的理想驱动模式，与传统的旋转传动方式相比，最大特点是取消了电动机到工作台间的 一切机械中间传动环节，即把机床进给传动链的长度缩短为零。这种“零传动”方式， 带来了旋转驱动方式无法达到的性能指标，如加速度可达 3g 以上，为传统驱动装置的 10～20 倍，进给速度是传统的 4～5 倍，因此直线伺服受到机床厂家的重视，技术发展 迅速。在 2001 年欧洲机床展上，有几十家公司展出直线电动机驱动的高速机床，其中 尤以德国 DMG 公司与日本 MAZAK 公司最具代表性。2000 年 DMG 公司已有 28 种机型采用 直线电动机驱动，年产 1500 多台，约占总产量的 1/3。而 MAZAK 公司也推出基于直线伺 服系统的超音速加工中心，主轴最高转速 80000r/min，快速移动速度 500m/min，加速 度 6g。所有这些，都预示着以直线电动机驱动为代表的第二代高速机床，将取代以高速 滚珠丝杠驱动为代表的第一代高速机床，并在使用中逐步占据主导地位