機床行業(yè)中伺服系統(tǒng)應用情況

　　伺服系統(tǒng)簡介

　　在自動控制系統(tǒng)中，把輸出量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)。一般的伺服系統(tǒng)包括伺服驅動裝置、伺服電機和檢測裝置三部分，但正在讓這個系統(tǒng)運轉起來還需要一個上位機構，即PLC、專門的控制卡和工控機+PCI卡，這些給伺服驅動器信號以控制電機運轉。
伺服系統(tǒng)按所用驅動元件的類型可分為機電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和氣動伺服系統(tǒng)。

　　伺服電機又稱為執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出，分為直流和交流伺服電動機兩大類。交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉矩脈動小，但直流伺服比較簡單和便宜。

　　伺服系統(tǒng)的結構及分類

　　從基本結構來看，伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：驅動裝置、伺服電機和檢測裝置。驅動裝置作為系統(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，調節(jié)電動機轉矩的大小，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。

　　根據(jù)驅動電動機的類型，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)；根據(jù)機床中傳動機械的不同將其分為進給伺服與主軸伺服。

　　伺服系統(tǒng)在機床行業(yè)的應用

　　按機床中傳動機械的不同將伺服分為進給伺服與主軸伺服。

　　進給伺服以數(shù)控機床的各坐標為控制對象，產(chǎn)生機床的切削進給運動。為此，要求進給伺服能快速調節(jié)坐標軸的運動速度，并能精確地進行位置控制。具體要求其調速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應快。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動機，進給伺服可細分為步進伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。其中交流伺服已占據(jù)了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅動裝置中的電力電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用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術的成熟，將促進先進控制算法的應用；三是網(wǎng)絡化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術的成熟，將使基于網(wǎng)絡的伺服控制成為可能。而直線伺服是高速高精數(shù)控機床的理想驅動模式，受到機床廠家的重視，技術發(fā)展迅速，直線電動機床正在逐步取代以高速滾珠絲杠驅動為代表的第一代高速機床，成為第二代高速機床，并在使用中逐步占據(jù)主導地位。

　　主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調速及正反轉功能。但當要求機床有螺紋加 工、準停和恒線速加工等功能時，對主軸也提出了相應的位置控制要求，因此，要求其輸出功率大，具有恒轉矩段及恒功率段，有準停控制，主軸與進給聯(lián)動。與進給伺服 一樣，主軸伺服經(jīng)歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動。隨著微處理器技術和大功率晶體管技術的進展，現(xiàn)在又進入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代。

　　作為機床工具，尤其是數(shù)控機床的重要功能部件，交流伺服運動控制產(chǎn)品的系統(tǒng)特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。近些年，國內(nèi)外各個廠家都相繼推出了交流伺服運動控制的新技術和新產(chǎn)品，比如全閉環(huán)交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術、PCC技術、基于現(xiàn)場總線的交流伺服運動控制技術、運動控制卡、DSP多軸運動控制器等。隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡制造等先進制造技術的發(fā)展，具有網(wǎng)絡接口的全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)、直線電動機及高速電主軸等將成為數(shù)控機床行業(yè)的關注的熱點，并成為交流伺服運動控制產(chǎn)品的發(fā)展方向。

　　伺服系統(tǒng)在機床行業(yè)的總體市場情況

　　目前機床行業(yè)伺服系統(tǒng)的應用已經(jīng)非常的廣泛，機床行業(yè)為伺服系統(tǒng)應用最為廣泛的行業(yè)。我國伺服產(chǎn)品的用戶主要分布在華東、華南和華北，其中華東市場，占45％，以廣東為主的華南和以京津為主的華北各為15％左右。華中和東北大約是10％。華東市場是伺服最大的消費市場，而且這個趨勢會持續(xù)下去。

　　目前中國機床行業(yè)中的伺服市場主要由國外品牌占據(jù)了大部分的份額，他們主要來自日本和德國，日本品牌有安川、發(fā)那科(Fanuc)、三菱電機等；德國有西門子(Siemens)等。近年來，國內(nèi)的伺服品牌在成本、服務、技術上有了一定優(yōu)勢；伴隨著這幾年數(shù)控行業(yè)的大發(fā)展，他們的出貨量也保持了快速增長，積累了相對較強的實力，國產(chǎn)品牌的技術路線上與日系產(chǎn)品接近。