數(shù)控機(jī)床一般由NC控制體系、伺服驅(qū)動(dòng)體系和反響檢測體系3 部分組成。數(shù)控機(jī)床對方位體系要求的伺服功用包括：定位速度和概括切削進(jìn)給速度;定位精度和概括切削精度;精加工的外表粗糙度;在外界攪擾下的安穩(wěn)性。這些要求首要取決于伺服體系的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性。對閉環(huán)體系來說，總希望體系有較高的動(dòng)態(tài)精度，即當(dāng)體系有一個(gè)較小的方位差錯(cuò)時(shí)，機(jī)床移動(dòng)部件會(huì)敏捷反響。下面就方位控制體系影響數(shù)控機(jī)床加工要求的幾個(gè)方面進(jìn)行論說。
1、 加工精度
精度是機(jī)床有必要保證的一項(xiàng)功用目標(biāo)。方位伺服控制體系的方位精度在很大程度上決議了數(shù)控機(jī)床的加工精度。因而方位精度是一個(gè)極為重要的目標(biāo)。為了保證有滿足的方位精度，一方面是正確挑選體系中開環(huán)擴(kuò)大倍數(shù)的大小，另一方面是對方位檢測元件提出精度的要求。因?yàn)樵陂]環(huán)控制體系中，關(guān)于檢測元件自身的差錯(cuò)和被檢丈量的差錯(cuò)是很難區(qū)分出來的，反響檢測元件的精度對體系的精度常常起著決議性的效果。可以說，數(shù)控機(jī)床的加工精度首要由檢測體系的精度決議。位移檢測體系能夠丈量的最小位移量稱做分辨率。分辨率不僅取決于檢測元件自身，也取決于丈量線路。在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床、尤其是高精度或大中型數(shù)控機(jī)床時(shí)，有必要精心選用檢測元件。所挑選的丈量體系的分辨率或脈沖當(dāng)量，一般要求比加工精度高一個(gè)數(shù)量級。總之，高精度的控制體系有必要有高精度的檢測元件作為保證。例如，數(shù)控機(jī)床中常用的直線感應(yīng)同步器的精度已可達(dá)±0.0001mm，即0.1µm，靈敏度為0.05µm，重復(fù)精度0.2µm;而圓型感應(yīng)同步器的精度可達(dá)0.5N，靈敏度0.05N，重復(fù)精度0.1N。
2、 開環(huán)擴(kuò)大倍數(shù)
在典型的二階體系中，阻尼系數(shù)x=1/2(KT)-1/2，速度穩(wěn)態(tài)差錯(cuò)e(∞)=1/K，其中K為開環(huán)擴(kuò)大倍數(shù)，工程上多稱作開環(huán)增益。明顯，體系的開環(huán)擴(kuò)大倍數(shù)是影響伺服體系的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)目標(biāo)的重要參數(shù)之一。
一般情況下，數(shù)控機(jī)床伺服機(jī)構(gòu)的擴(kuò)大倍數(shù)取為20～30(1/S)。一般把K>20 規(guī)模的伺服體系稱為低擴(kuò)大倍數(shù)或軟伺服體系，多用于點(diǎn)位控制。而把K<20 的體系稱為高擴(kuò)大倍數(shù)或硬伺服體系，應(yīng)用于概括加工體系。
假若為了不影響加工零件的外表粗糙度和精度，希望階躍響應(yīng)不產(chǎn)生振蕩，即要求是取值大一些，開環(huán)擴(kuò)大倍數(shù)K就小一些;若從體系的快速性出發(fā)，希望x挑選小一些，即希望開環(huán)擴(kuò)大倍數(shù)～增加些，一起K值的增大對體系的穩(wěn)態(tài)精度也能有所進(jìn)步。因而，對K值的選取是必需歸納考慮的問題。換句話說，并非體系的擴(kuò)大倍數(shù)愈高愈好。當(dāng)輸入速度驟變時(shí)，高擴(kuò)大倍數(shù)可能導(dǎo)致輸出劇烈的變動(dòng)，機(jī)械設(shè)備要受到較大的沖擊，有的還可能引起體系的安穩(wěn)性問題。這是因?yàn)樵诟唠A體系中體系安穩(wěn)性對K值有取值規(guī)模的要求。低擴(kuò)大倍數(shù)體系也有一定的優(yōu)點(diǎn)，例如體系調(diào)整比較容易，結(jié)構(gòu)簡略，對擾動(dòng)不敏感，加工的外表粗糙度好。
3、 進(jìn)步可靠性
數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備，假如發(fā)生毛病其丟失就更大，所以進(jìn)步數(shù)控機(jī)床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價(jià)可靠性的首要定量目標(biāo)之一，其界說為：產(chǎn)品在規(guī)則條件下和規(guī)則時(shí)刻內(nèi)，完成規(guī)則功用的概率。對數(shù)控機(jī)床來說，它的規(guī)則條件是指其環(huán)境條件、作業(yè)條件及作業(yè)方式等，例如溫度、濕度、振蕩、電源、攪擾強(qiáng)度和操作規(guī)程等。這里的功用首要指數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用功用，例如數(shù)控機(jī)床的各種機(jī)能，伺服功用等。
均勻毛病(失效)間隔時(shí)刻(MTBF)是指發(fā)生毛病經(jīng)修補(bǔ)或替換零件還能持續(xù)作業(yè)的可修復(fù)設(shè)備或體系，從一次毛病到下一次毛病的均勻時(shí)刻，數(shù)控機(jī)床常用它作為可靠性的定量目標(biāo)。因?yàn)閿?shù)控設(shè)備選用微機(jī)后，其可靠性大大進(jìn)步，所以伺服體系的可靠性就相對杰出。它的毛病首要來自伺服元件及機(jī)械傳動(dòng)部分。一般液壓伺服體系的可靠性比電氣伺服體系差，電磁閥、繼電器等電磁元件的可靠性較差，應(yīng)盡量用無接觸點(diǎn)元件替代。
現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床因受元件質(zhì)量、工藝條件及費(fèi)用等限制，其可靠性還不很高。為了使數(shù)控機(jī)床能得到工廠的歡迎，有必要進(jìn)一步進(jìn)步其可靠性，然后進(jìn)步其運(yùn)用價(jià)值。在設(shè)計(jì)伺服體系時(shí)，有必要按設(shè)計(jì)的技能要求和可靠性挑選元器件，并按嚴(yán)厲的測驗(yàn)檢驗(yàn)進(jìn)行篩選，在機(jī)械互鎖設(shè)備等方面，有必要給予密切注意，盡量削減因機(jī)械部件引起的毛病。
4、 寬規(guī)模調(diào)速
在數(shù)控機(jī)床的加工中，伺服體系為了一起滿足高速快移和單步點(diǎn)動(dòng)，要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)具有滿足寬的調(diào)速規(guī)模。
單步點(diǎn)動(dòng)作為一種輔佐作業(yè)方式常常在作業(yè)臺(tái)的調(diào)整中運(yùn)用。
伺服體系在低速情況下完成平穩(wěn)進(jìn)給，則要求速度有必要大于“死區(qū)”規(guī)模。所謂“死區(qū)”指的是因?yàn)殪o摩擦力的存在使體系在很小的輸入下，電機(jī)戰(zhàn)勝不了這摩擦力而不能滾動(dòng)。此外，還因?yàn)榇嬖跈C(jī)械間隙，電機(jī)盡管滾動(dòng)，但拖板并不移動(dòng)，這些現(xiàn)象也可用“死區(qū)”來表達(dá)。
設(shè)死區(qū)規(guī)模為a，則最低速度Vmin，應(yīng)滿足Vmin≥a，因?yàn)閍≤dK，d為脈沖當(dāng)量(mm/脈沖);K為開環(huán)擴(kuò)大倍數(shù)，則
Vmin≥dK
若取d=0.01mm/脈沖，K=30×1/S，則最低速度
Vmin≥a=30×0.01mm/min=18mm/min
伺服體系最高速度的挑選要考慮到機(jī)床的機(jī)械允許邊界和實(shí)際加工要求，高速度固然能進(jìn)步生產(chǎn)率，但對驅(qū)動(dòng)要求也就更高。此外，從體系控制視點(diǎn)看也有一個(gè)檢測與反響的問題，尤其是在計(jì)算機(jī)控制體系中，有必要考慮軟件處理的時(shí)刻是否滿足。
因?yàn)閒max=fmax/d
式中：fmax為最高速度的脈沖頻率，kHz;vmax為最高進(jìn)給速度，mm/min;d為脈沖當(dāng)量，mm。
又設(shè)D為調(diào)速規(guī)模，D=vmax/vmin，得
fmax =Dvmin/d=DKd/d=DK
因?yàn)轭l率的倒數(shù)就是兩個(gè)脈沖的間隔時(shí)刻，對應(yīng)于最高頻率fmax的倒數(shù)則為最小的間隔時(shí)刻tmin，即tmin=1/DK。明顯，體系有必要在tmin內(nèi)通過硬件或軟件完成方位檢測與控制的操作。對最高速度而言，vmax的取值是受到tmin的束縛。
一個(gè)較好的伺服體系，調(diào)速規(guī)模D往往可到達(dá)800～1000。當(dāng)今最先進(jìn)的水平是在脈沖當(dāng)量d=1µm的條件下，進(jìn)給速度從0～240m/min規(guī)模內(nèi)接連可調(diào)。
5、 定論
上述幾方面對數(shù)控機(jī)床方位伺服體系所要求的伺服功用進(jìn)行了剖析，并提出了體系安穩(wěn)運(yùn)行的可靠性目標(biāo)，該研究結(jié)果可用于伺服數(shù)控體系的設(shè)計(jì)，也可用于現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的改造以進(jìn)步其作業(yè)精度。
