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(zhǔn)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(qū)動裝置、伺服電機(jī)和檢測裝置三部分，但正在讓這個系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)起來還需要一個上位機(jī)構(gòu)，即PLC、專門的控制卡和工控機(jī)+PCI卡，這些給伺服驅(qū)動器信號以控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
伺服系統(tǒng)按所用驅(qū)動元件的類型可分為機(jī)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(jī)又稱為執(zhí)行電動機(jī)，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(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類。交流伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動小，但直流伺服比較簡單和便宜。
伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及分類
從基本結(jié)構(gòu)來看，伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：驅(qū)動裝置、伺服電機(jī)和檢測裝置。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(jī)之上，調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電動機(jī)的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動機(jī)所需的交流電或直流電；電動機(jī)則按供電大小拖動機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。
根據(jù)驅(qū)動電動機(jī)的類型，可將其分為直流伺服和交流伺服；根據(jù)控制器實(shí)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(jī)床中傳動機(jī)械的不同將其分為進(jìn)給伺服與主軸伺服。
伺服系統(tǒng)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用
按機(jī)床中傳動機(jī)械的不同將伺服分為進(jìn)給伺服與主軸伺服。
進(jìn)給伺服以數(shù)控機(jī)床的各坐標(biāo)為控制對象，產(chǎn)生機(jī)床的切削進(jìn)給運(yùn)動。為此，要求進(jìn)給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的運(yùn)動速度，并能精確地進(jìn)行位置控制。具體要求其調(diào)速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應(yīng)快。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動機(jī)，進(jìn)給伺服可細(xì)分為步進(jìn)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(jī)床進(jìn)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(jìn)先進(jìn)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。而直線伺服是高速高精數(shù)控機(jī)床的理想驅(qū)動模式，受到機(jī)床廠家的重視，技術(shù)發(fā)展迅速，直線電動機(jī)床正在逐步取代以高速滾珠絲杠驅(qū)動為代表的第一代高速機(jī)床，成為第二代高速機(jī)床，并在使用中逐步占據(jù)主導(dǎo)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(diào)速及正反轉(zhuǎn)功能。但當(dāng)要求機(jī)床有螺紋加 工、準(zhǔn)停和恒線速加工等功能時，對主軸也提出了相應(yīng)的位置控制要求，因此，要求其輸出功率大，具有恒轉(zhuǎn)矩段及恒功率段，有準(zhǔn)?？刂?，主軸與進(jìn)給聯(lián)動。與進(jìn)給伺服 一樣，主軸伺服經(jīng)歷了從普通三相異步電動機(jī)傳動到直流主軸傳動。隨著微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的進(jìn)展，現(xiàn)在又進(jìn)入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代。
作為機(jī)床工具，尤其是數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，交流伺服運(yùn)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(biāo)。近些年，國內(nèi)外各個廠家都相繼推出了交流伺服運(yùn)動控制的新技術(shù)和新產(chǎn)品，比如全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)、PCC技術(shù)、基于現(xiàn)場總線的交流伺服運(yùn)動控制技術(shù)、運(yùn)動控制卡、DSP多軸運(yùn)動控制器等。隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)、直線電動機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為交流伺服運(yùn)動控制產(chǎn)品的發(fā)展方向。
伺服系統(tǒng)在機(jī)床行業(yè)的總體市場情況
目前機(jī)床行業(yè)伺服系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)非常的廣泛，機(jī)床行業(yè)為伺服系統(tǒng)應(yīng)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?yàn)橹鞯娜A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(fèi)市場，而且這個趨勢會持續(xù)下去。
目前中國機(jī)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(jī)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(wù)、技術(shù)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(qiáng)的實(shí)力，國產(chǎn)品牌的技術(shù)路線上與日系產(chǎn)品接近。
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