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    數(shù)控系統(tǒng)的配置和功能選擇系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，配置什麼樣的數(shù)控系統(tǒng)及選擇哪些數(shù)控功能，都是機(jī)床生產(chǎn)廠家和最終用戶所關(guān)注的問題。

    數(shù)控系統(tǒng)的配置伺服控制單元的選擇

    數(shù)控系統(tǒng)的位置控制方式,開環(huán)控制系統(tǒng)：采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件，沒有位置和速度反饋器件，所以控制簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但它們的負(fù)載能力小，位置控制精度較差，進(jìn)給速度較低，主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置；半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)：采用直流或交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件，可以采用內(nèi)裝於電機(jī)內(nèi)的脈沖編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置/速度檢測(cè)器件來構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，也可以采用直接安裝在工作臺(tái)的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測(cè)器件，來構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。
    由于螺距誤差的存在，使得從半閉環(huán)系統(tǒng)位置檢測(cè)器反饋的絲杠旋轉(zhuǎn)角度變化量，還不能精確地反映進(jìn)給軸的直線運(yùn)動(dòng)位置。但是，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)對(duì)螺距誤差的補(bǔ)償后，它們也能達(dá)到相當(dāng)高的位置控制精度。與全閉環(huán)系統(tǒng)相比，它們的價(jià)格較低，安裝在電機(jī)內(nèi)部的位置反饋器件的密封性好，工作更加穩(wěn)定可靠，幾乎無需維修，所以廣泛地應(yīng)用于各種類型的數(shù)控機(jī)床。
    直流伺服電機(jī)的控制比較簡(jiǎn)單，價(jià)格也較低，其主要缺點(diǎn)是電機(jī)內(nèi)部具有機(jī)械換向裝置，碳刷容易磨損，維修工作量大。運(yùn)行時(shí)易起火花，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率的提高較為困難。
    交流伺服電機(jī)是無刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對(duì)較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高，目前已在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服電機(jī)。

    伺服控制單元的種類
    分離型伺服控制單元，其特點(diǎn)是數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制單元相對(duì)獨(dú)立，也就是說，它們可以與多種數(shù)控系統(tǒng)配用，NC系統(tǒng)給出的指令是與軸運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)的DC電壓（例如0-10V），而從機(jī)床返回的是與NC系統(tǒng)匹配的軸運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)信號(hào)（例如編碼器?感應(yīng)同步器等輸出信號(hào)）。伺服數(shù)據(jù)的設(shè)定和調(diào)整都在伺服控制單元側(cè)進(jìn)行（用電位器調(diào)節(jié)或通過數(shù)字方式輸入）。
    串行數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元，其特點(diǎn)是NC系統(tǒng)與伺服控制單元之間的數(shù)據(jù)傳送是雙向。與軸運(yùn)動(dòng)相關(guān)的指令數(shù)據(jù)、伺服數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)是通過相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)線、選通信號(hào)號(hào)、發(fā)送數(shù)據(jù)線、接收數(shù)據(jù)線、報(bào)警信號(hào)線傳送。從位置編碼器返回NC裝置的有運(yùn)動(dòng)軸的實(shí)際位置和狀態(tài)等信息。
    網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元，其特點(diǎn)是軸控制單元密集安裝在一起，由一個(gè)公用的DC電源單元供電。NC裝置通過FCP板上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊的連接點(diǎn)SR、ST與各個(gè)軸控制單元（子站）的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊的SR、ST點(diǎn)串聯(lián)，組成伺服控制環(huán)。各個(gè)軸的位置編碼器與軸控制單元之間是通過二根高速通信線連接，反饋的信息有運(yùn)動(dòng)軸位置和相關(guān)的狀態(tài)信息。
  串行數(shù)據(jù)傳輸型和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元的伺服參數(shù)在NC裝置中用數(shù)字設(shè)定，開機(jī)初始化時(shí)裝入伺服控制單元，修改和調(diào)整都十分方便。
    網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元（例如大隈OSP-U10/U100系統(tǒng)）在相應(yīng)的控制軟件配合下，具有實(shí)時(shí)的調(diào)整能力，例如在Hi-G型定位加減速功能中，可以根據(jù)電機(jī)的速度和扭矩特性求出相應(yīng)的函數(shù)，再以其函數(shù)控制高速定位時(shí)的加減速度，從而抑制高速定位時(shí)可能引起的振動(dòng)。定位速度的提高可以縮短非切削時(shí)間，提高加工效率。又如在Hi-Cut型進(jìn)給速度控制功能中，系統(tǒng)可以在讀入零件加工程序后，自動(dòng)識(shí)別數(shù)控指令要求加工的零件形狀（圓弧、棱邊等），自動(dòng)調(diào)節(jié)加工速度，使之最佳化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高速高精度加工。
    采用高速微處理器和專用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)（DSP）的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)后，硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂疲恍┈F(xiàn)代控制理論的先進(jìn)算法得到實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而大大地提高了伺服系統(tǒng)的控制性能。
    伺服控制單元是數(shù)控系統(tǒng)中與機(jī)械直接相關(guān)聯(lián)的部件，它們的性能與機(jī)床的切削速度和位置精度關(guān)系很大，其價(jià)格也占數(shù)控系統(tǒng)的很大部分。相對(duì)來說，伺服部件的故障率也較高，約占電氣故障的70%以上，所以選配伺服控制單元十分重要。
    伺服故障除了與伺服控制單元的可靠性有關(guān)外，還與機(jī)床的使用環(huán)境、機(jī)械狀況和切削條件密切相關(guān)。例如環(huán)境溫度過高，易引起器件過熱而損壞；防護(hù)不嚴(yán)可能引起電機(jī)進(jìn)水，造成短路；導(dǎo)軌和絲杠潤(rùn)滑不好或切削負(fù)荷過重會(huì)引起電機(jī)過流。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死更會(huì)引起功率器件的損壞，雖然伺服控制單元本身有一定的過載保護(hù)能力，但是故障情況嚴(yán)重或者多次發(fā)生時(shí)，仍然會(huì)使器件損壞。有些數(shù)控系統(tǒng)具有主軸和進(jìn)給軸的實(shí)時(shí)負(fù)載顯示功能（例如大隈OSP系統(tǒng)的“當(dāng)前位置”頁面上不僅可以顯示軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，而且還同時(shí)顯示各軸的實(shí)時(shí)負(fù)載百分比，用戶可以利用這些信息，采取措施來防止事故的發(fā)生。

     進(jìn)給伺服電機(jī)的選擇
    輸出扭矩是進(jìn)給電機(jī)負(fù)載能力的指標(biāo)。在連續(xù)操作狀態(tài)下，輸出扭矩是隨轉(zhuǎn)速的升高而減少的，電機(jī)的性能愈好，這種減少值就愈小。為進(jìn)給軸配置電機(jī)時(shí)應(yīng)滿足最高切削速度時(shí)的輸出扭矩。雖然在快速進(jìn)給時(shí)不作切削，負(fù)載較小，但也應(yīng)考慮最高快速進(jìn)給速度下的起動(dòng)扭矩。高速時(shí)的輸出扭矩下降過多也會(huì)影響進(jìn)給軸的控制特性。

    位置檢測(cè)器件的選擇
   機(jī)械原點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床所有座標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)，機(jī)械原點(diǎn)的穩(wěn)定性是數(shù)控機(jī)床極為重要的技術(shù)指標(biāo)，也是穩(wěn)定加工精度的基本保證，機(jī)械原點(diǎn)的建立方法有兩種：
    在采用相對(duì)位置編碼器、感應(yīng)同步器或光柵作為位置反饋器件的數(shù)控機(jī)床中，數(shù)控系統(tǒng)將各進(jìn)給軸的回零減速開關(guān)（或標(biāo)記）之后由位置反饋器件產(chǎn)生的第一個(gè)零點(diǎn)標(biāo)記信號(hào)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。這類機(jī)床在每次斷電或緊急停機(jī)后都必須重新作各進(jìn)給軸的回零操作，否則，實(shí)際位置可能發(fā)生偏移，回零減速開關(guān)與其撞塊的相對(duì)位置調(diào)整不妥，也會(huì)引起機(jī)械原點(diǎn)位置的不穩(wěn)定，這些都是應(yīng)該重視的；
    在采用絕對(duì)位置編碼器作為位置反饋器件的數(shù)控機(jī)床中，絕對(duì)位置編碼器能夠自動(dòng)記憶各進(jìn)給軸全行程內(nèi)的每一點(diǎn)位置，不需回零開關(guān)，每次斷電或緊急停機(jī)后，都不必重新作基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定操作?；鶞?zhǔn)點(diǎn)位置設(shè)定后永久不變，并由專供絕對(duì)位置編碼器使用的存儲(chǔ)器記憶，特別適用于鼠牙盤定位的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)零點(diǎn)位置的設(shè)定，不僅穩(wěn)定性好，而且給操作和調(diào)整帶來極大方便。

    機(jī)械設(shè)計(jì)方案的選擇
    機(jī)床是由機(jī)械和電氣兩部分組成，在設(shè)計(jì)總體方案時(shí)應(yīng)從機(jī)電兩方面來考慮機(jī)床各種功能的實(shí)施方案，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械要求和數(shù)控系統(tǒng)的功能都很復(fù)雜，所以更應(yīng)機(jī)電溝通，揚(yáng)長(zhǎng)避短。下面舉例說明。
    例一主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有采用伺服電機(jī)或變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無級(jí)調(diào)速和用普通三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)械齒輪分級(jí)變速、進(jìn)行人工換檔兩類方法。
    加工中心機(jī)床使用多種刀具進(jìn)行連續(xù)的不同種類（銑、鉆、鏜和攻絲等）的切削加工，所以主軸的轉(zhuǎn)速是經(jīng)常變化的，而且必須由加工程序的S指令自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)換刀時(shí)還必須進(jìn)行主軸定向，所以必須采用帶有定向功能的自動(dòng)無級(jí)調(diào)速方式。
    對(duì)于主軸轉(zhuǎn)速要求不高的普通數(shù)控銑床來說，刀具的更換都是用手動(dòng)方式進(jìn)行，而且在加工過程中，同一把刀具選擇不同轉(zhuǎn)速的機(jī)會(huì)并不多見，在手動(dòng)換刀的同時(shí)進(jìn)行手動(dòng)變速對(duì)生產(chǎn)效率的影響并不大，所以經(jīng)常采用機(jī)械齒輪分級(jí)變速、人工換檔的控制方式。與采用伺服電機(jī)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速的方案相比，可以顯著地降低生產(chǎn)成本，節(jié)省能源，維修也簡(jiǎn)單，是很實(shí)用的選擇。
    例二使用臥式加工中心對(duì)零件進(jìn)行多面加工時(shí)，往往需要更換夾具并多次裝卡，必須占用可貴的機(jī)床運(yùn)行時(shí)間，選用有雙工位自動(dòng)托板交換（APC）裝置的臥式加工中心，可以大大地節(jié)省零件裝卡的占機(jī)時(shí)間，從而提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，而且該功能的控制是由PLC控制程序來完成，除了多用幾個(gè)輸入/輸出控制點(diǎn)外，數(shù)控系統(tǒng)的成本增加不多，是個(gè)功能/價(jià)格比很高的選擇。
    例三加工中心機(jī)床的換刀時(shí)間對(duì)生產(chǎn)效率有很大影響，而換刀速度與機(jī)械結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。例如，由油缸控制的機(jī)械手換刀時(shí)間一般在10秒以上，在2~3秒內(nèi)能完成換刀動(dòng)作的機(jī)械手一般采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配有凸輪和內(nèi)外油缸松刀機(jī)構(gòu)。與機(jī)構(gòu)不相當(dāng)?shù)膿Q刀速度，可能使故障率增加。選擇合理的切削路徑、采用高質(zhì)量的刀具、切削條件的最佳化也是提高生產(chǎn)效率的重要手段，應(yīng)綜合考慮。