3.1
电动机驱动系统的功能和要求

电动机驱动系统是数控装置和机床的联系环节，数控装置发出数控指令后，通过机床电动机驱动系统来驱动执行机构实现机床的精确进给运动，并转换成坐标轴的运动，完成程序所规定的操作。数控机床的电动机驱动系统是一种位置随动与定位系统，其作用是快速、准确地执行由数控装置发出的运动命令，精确地控制机床进给传动链的坐标运动。其性能的优劣决定了数控机床的精度和速度。所以从数控机床的角度来看，电动机驱动系统的作用主要包括两点：一是放大数控装置的控制信号，具有功率输出的能力；二是根据数控装置发出的控制信号对机床移动部件的位置和速度进行控制。

为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等，对数控机床的进给传动系统提出的要求主要包括调速范围、定位精度、响应速度、转矩和稳定性等。

【调速范围要宽】 与普通机床相比，数控机床的工艺范围更宽，工艺能力更强，因此要求其主传动具有较宽的调速范围，以保证在加工时能选用合适的切削用量，从而获得最佳的加工质量和生产效率。现代数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，用交流调速电动机或直流调速电动机驱动，能方便地实现无级变速，且传动链短、传动件少。调速范围是指进给电动机提供的最低转速和最高转速之比，在数控机床的应用中，由于加工用刀具、被加工材料、主轴转速以及零件加工工艺要求不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，通常要求进给驱动系统的无级调速范围大于1∶10000，尤其在低速，如转速小于0.1r/min时，进给系统仍能平滑运动而无爬行现象。

【定位精度要高】 定位精度是指数控机床要达到的某个坐标值和实际达到的位置之间的差距大小，或者是指零件或刀具等实际位置与标准位置（理论位置、理想位置）之间的差距，差距越小，说明精度越高。定位精度是零件加工精度得以保证的前提。

使用数控机床加工零件主要是为了保证加工质量的稳定性、一致性，减小废品率，解决复杂曲面零件的加工问题；解决复杂零件的加工精度问题，缩短制造周期等。数控机床按设定好的程序自动进行加工，可有效地避免操作者的人为误差。但是，数控机床不能像普通机床那样，可随时用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响。因此，要求进给驱动系统具有较好的静态特性和较高的刚度，从而达到较高的定位精度，以保证机床具有较小的定位误差与重复定位误差。同时，电动机驱动系统还要具有较好的动态性能，以保证机床具有较高的轮廓跟随精度。

【响应速度要快】 数控机床进给系统响应速度的大小不仅影响机床的加工效率，而且影响加工精度。数控机床的快速响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，加工中心进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。

数控系统在起动、制动时，要求加/减速的加速度足够大，以缩短进给系统的过渡时间，减小轮廓过渡误差。一般进给电动机的速度从零变到最高转速，或从最高转速降至零的时间在200ms以内，甚至小于几十毫秒，这就要求进给系统既要快速响应，又不能超调，否则将形成过切，影响加工质量。另一方面，当负载突变时，要求进给电动机速度的恢复时间也要短，且不能有振荡，这样才能得到光滑的加工表面。数控机床要求进给电动机必须具有较小的转动惯量和大的制动转矩、尽可能小的机电时间常数和起动电压。

【过载能力强】 数控机床要求电动机驱动系统有非常宽的调速范围，例如在加工曲线和曲面时，拐角位置某轴的速度会逐渐降至零，这就要求进给驱动系统在低速时保持恒力矩输出，避免爬行，能够实现长时间的过载能力和频繁起动、反转、制动等能力。

【稳定性好、寿命长】 稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。稳定性与系统的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系，通过适当地选择各相关参数，使伺服系统达到最佳的工作性能，是电动机驱动系统设计的目标。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即数控机床各传动部件保持其原来制造精度的能力。为此，组成进给机构的各传动部件应选择合适的材料及合理的加工工艺与热处理方法，滚珠丝杠及传动齿轮必须具有一定的耐磨性，并采用适宜的润滑方式，以延长其寿命。

【使用维护方便】 数控机床属高精度自动控制机床，主要用于单件、中小批量、加工中心高精度及复杂的生产加工，机床的开机率相应较高，因而进给系统的结构设计应便于维护和保养，数控机床应最大限度地减少维修工作量，以提高机床的利用率。 xifZcoKvTwc9eh70wUpE2LPWu0sl6uQ7JVyi4Ql+ELPll0AxB3D63SZSOxMrKCQB