伺服系统的发展趋势

数控技术

华中科技大学机械科学与工程学院第7章数控加工技术的展望

7.1数控机床主机的发展7.2数控加工控制系统的发展7.3伺服系统的发展趋势7.4柔性制造技术的发展7.5基于网络的数控加工技术1伺服系统中的控制信息用数字量来处理随着数字信号微处理器速度的大幅度提高，伺服系统的信息处理可完全用软件来完成，这就是当前所说的“数字伺服”伺服驱动系统全数字化伺服驱动内部控制的数字化，伺服驱动到数控系统接口的数字化测量单元的数字化1.全数字交流伺服系统7.3伺服系统的发展趋势2全数字控制伺服系统可以采用以下新技术，达到高速度和高精度的要求前馈控制：引入前馈控制，实际上构成了具有反馈和前馈复合控制的系统结构预测控制：通过预测机床伺服系统的传递函数来调节输入控制量，以产生符合要求的输出学习控制或重复控制：适合于周期性重复操作控制指令情况的加工，可以获得高速、高精度1.全数字交流伺服系统7.3伺服系统的发展趋势3数字伺服系统运用计算机技术，具有下列特性采用现代控制理论，通过计算机软件实现最佳控制数字伺服系统是一种离散系统，它是由采样器和保持器两个基本环节组成的数字伺服系统具有较高的动、静态精度系统一般的情况下会配有SERCOS(SerialReal-timeCommunicationSystem，串行实时通讯系统)板。与现场总线相比，它可以实现高速位置闭环控制，可以处理多个运动轴的控制，同时可以采用精确、高效的光纤接口，光纤连接可以确保通讯过程的无噪音，简化模块之间的电缆连接，提高系统的可靠性。1.全数字交流伺服系统7.3伺服系统的发展趋势4电机的改进、驱动方式的改进和具备更高运行速率的DSP等是伺服驱动系统向着高速、高精、高性能化迈进的先决条件电机方面的改进主要包括电机永磁材料性能的改进、更好的磁铁安装结构设计，逆变器驱动电路的优化、加减速运动的优化、再生制动和能量反馈以及更好的冷却方式驱动方式的改进方面如采用无齿槽效应的高性能旋转电机和采用直线电机的线性伺服驱动方式2.高速度、高精度、高性能化

7.3伺服系统的发展趋势52.高速度、高精度、高性能化

德国倍福(Beckhoff)AX5000伺服驱动器电流控制环最快可达31.25μs速度控制环最快可达125μs位置控制环最快可达125μs支持高动态性能的运动控制任务集成了高性能的EtherCAT实时以太网通讯技术7.3伺服系统的发展趋势6通过Internet及时了解伺服系统的参数及时实运行情况，并可根据嵌入的预测性维护技术，及时了解如电流、负载的变化情况，实现实时预警模糊逻辑控制、神经网络和专家控制已运用到伺服驱动系统中，是当前比较典型的智能控制方法伺服驱动系统的网络化、智能化及其它功能模块均得到了长足发展，根据设计使用者的不同要求及不同模块的功能及参数实现伺服驱动系统的模块化设计3.网络化、智能化、模块化

7.3伺服系统的发展趋势7直接驱动装置直接与负载相联，省掉了机械传动元件，故传动链最短由于驱动装置的动态性能明显提高，故生产效率较高由于调节质量好和定位精度高，所以产品质量提高了由于取消了许多磨损件，因而生命周期的成本很少简化了机床设计和机床结构直线伺服系统采用的是一种直接驱动方式，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4.直线伺服系统

7.3伺服系统的发展趋势8采用直线电机和智能化全数字直接驱动控制系统为特征的高速加工中心世界上第一台展出的直线电机直接驱动的高速加工中心是1993年展出的XHC240型加工中心应用到数控机床上的主要有高精度、高频响、小行程直线电动机与大推力、长行程、高精度直线电动机两类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1/3MAZAK公司也将推出基于直线伺服系统的超音速加工中心，切削速度2720m/s，主轴最高转速80000r/min，快移速度500m/min，加速度6g4.直线伺服系统

7.3伺服系统的发展趋势9作为为机机床床进进给给驱驱动动主主流流的的永永磁磁直直线线伺伺服服电电动动机机有有两两大大发发展展方方向向大推推力力：：通通过过电电动动机机结结构构、、磁磁路路形形式式和和冷冷却却结结构构的的特特殊殊设设计计，，以以获获得得更更大大的的推推力力，，从从而而满满足足大大型型机机床床强强力力切切削削加加工工的的要要求求高精精度度：：通通过过直直线线电电动动机机磁磁路路设设计计、、磁磁场场优优化化设设计计以以及及绕绕组组形形式式设设计计，，尽尽量量减减小小直直线线电电动动机机的的静静态态和和动动态态端端部部效效应应所所引引起起的的推推力力波波动动4.直线线伺伺服服系系统统7.3伺服服系系统统的的发发展展趋趋势势10电主主轴轴单单元元将将主主轴轴电电机机直直接接装装在在了了主主轴轴单单元元内内部部，，省省去去了了皮皮带带、、齿齿轮轮、、联联轴轴节节等等中中间间变变速速和和传传动动装装置置，，实实现现了了电电机机与与主主轴轴的的零零传传动动电主主轴轴是是现现代代高高档档数数控控机机械械的的关关键键部部件件，，成成为为现现代代数数控控机机床床的的主主要要特特征征之之一一具有有结结构构简简单单紧紧凑凑、、效效率率高高、、噪噪声声低低、、振振动动小小和和精精度度高高等等特特点点易于于实实现现高高速速化化，，促促进进了了数数控控机机床床向向高高速速化化方方向向发发展展电主主轴轴性性能能参参数数和和制制造造质质量量的的高高低低，，在在很很大大程程度度上上决决定定了了数数控控机