近年來,伺服電機控制技術(shù)正朝著交流化、數(shù)字化、智能化三個方向發(fā)展。作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu),伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護等集為一體,并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進步,經(jīng)歷了從步進到直流,進而到交流的發(fā)展歷程。
另外,先進傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展也極大地提高了交流電動機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應性能和定位精度。交流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、速度傳感器,其傳感器具有小于1μs的響應時間。伺服電動機本身也在向高速方向發(fā)展,與上述高速編碼器配合實現(xiàn)了60m/min甚至100m/min的快速進給和1g的加速度。為保證高速時電動機旋轉(zhuǎn)更加平滑,改進了電動機的磁路設計,并配合高速數(shù)字伺服軟件,可保證電動機即使在小于1μm轉(zhuǎn)動時也顯得平滑而無爬行。
交流直線伺服電機直接驅(qū)動進給技術(shù)已趨成熟。數(shù)控機床的進給驅(qū)動有“旋轉(zhuǎn)伺服電機+精密高速滾珠絲杠”和“直線電機直接驅(qū)動” 兩種類型。傳統(tǒng)的滾珠絲杠工藝成熟加工精度較高,實現(xiàn)高速化的成本相對較低,所以目前應用廣泛。使用滾,珠絲杠驅(qū)動的高速加工機床最大移動速度90m/min,加速度1.5g。但滾珠絲杠是機械傳動,機械元件間存在彈性變形、摩擦和反向間隙,相應會造成運動滯后和非線性誤差,所以再進一步提高滾珠絲杠副移動速度和加速度比較難了。90年代以來,高速高精的大型加工機床中,應用直線電機直接驅(qū)動進給驅(qū)動方式。它比滾珠絲杠驅(qū)動具有剛度更高、速度范圍更寬、加速特性更好、運動慣量更小、動態(tài)響應性能更佳,運行更平穩(wěn)、位置精度更高等優(yōu)點。且直線電機直接驅(qū)動,不需中間機械傳動,減小了機械磨損與傳動誤差,減少了維護工作。直線電機直接驅(qū)動與滾珠絲杠傳動相比,其速度提高30倍,加速度提高10倍,最大達10g,剛度提高7倍,最高響應頻率達100Hz,還有較大的發(fā)展余地。當前,在高速高精加工機床領(lǐng)域中,兩種驅(qū)動方式還會并存相當長一段時間,但從發(fā)展趨勢來看,直線電機驅(qū)動所占的比重會愈來愈大。種種跡象表明,直線電機驅(qū)動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。
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