加工中心的主轴伺服系统和进给伺服系统

伴随着现代数控机床的发展，对主传动系统的要求也越来越高，其是否具备很宽范围内转速连续可调的能力，是否具备很宽范围内恒功率运转的能力，是否具备四象限的驱动能力，是否具备高精度的准停控制等，都成为了重要的考查指标。那么这些功能是如何实现的呢，又对伺服系统有哪些要求，让我们来探讨一下。

主轴变速和准停功能

目前，加工中心主轴驱动变速的功能主要通过两种方式来实现的，一种方式是由主轴电动机带动齿轮，实现分段无级变速；另一种方式是由主轴电动机通过同步齿形带或皮带来驱动主轴，这类主轴电动机又称为宽域电动机或强切削电动机，它拥有很宽的恒功率工作范围。

主轴的准停控制功能分为机械准停和电气准停两大类，目前国内外中高档数控系统采用的都是电气准停控制。

主轴伺服系统

加工中心主轴伺服系统分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两种。

直流主轴驱动多采用晶闸管调速方式，伺服系统是由速度环和电流环构成的双环控制系统来对主轴电动机的电枢电压进行控制的。主轴电动机采用他励式电动机，励磁绕组与电枢绕组相互独立。当电动机的转速在最小值到额定值之间时，励磁电流保持不变，从而实现调压调速，属于恒转矩控制；当转速在额定值到最大值之间时，励磁电流减小，实现调磁调速，属恒功率控制。

随着交流调速技术的发展，目前加工中心已开始越来越多地使用交流主轴驱动系统。这类主轴驱动多采用主轴电动机配变频器的控制方式。电网端逆变器由六只晶闸管组成的三相桥式全控整流电路组成，负载端逆变器由带反并联续流二极管的六只功率晶体管组成。通过磁场计算机的控制，负载端逆变器输出三相正弦脉宽调制电压，使电动机获得所需的转矩电流和励磁电流。在反馈制动时，电动机能量通过变流器的六只续流二极管向电容器充电，当电容器上的电压超过600福特，即通过控制调节器和电网端逆变器把电容器上的能量返回电网。

进给伺服系统

加工中心进给伺服系统分为脉宽调制方式进给伺服系统和交流进给驱动伺服系统。

脉宽调制方式进给伺服系统是利用脉宽调制器对大功率晶体管的开关时间进行控制的调速系统。它可以将速度控制信号转换为一定频率的方波电压，加到电动机的电枢两端，通过对方波的宽度进行控制，改变电枢两端的平均电压，从而控制伺服电机的转速。

直流进给伺服系统虽然拥有优良的调速功能，但是其所使用的电动机有电刷和换向器，这些零件在运行过程中极易磨损，而且换向器换向时还会产生火花，这些都制约了直流进给伺服系统的最高转速。交流进给驱动伺服系统不仅没有以上缺点，而且结构简单、制造相对容易一些，成本也比直流进给伺服系统要低。近 20 年来，随着新型大功率电力器件的出现，新型变频技术、现代控制理论以及微型计算机数字控制技术等在实际应用中取得了突破胜的进展，促进了交流进给伺服技术的飞速发展，交流进给伺服系统已全面取代了直流进给伺服系统。由于交流伺服电动机采用交流永磁式同步电动机，因此，交流进给驱动装置从本质上说是一个电子换向的直流电动机驱动装置。