机床行业中伺服系统应用情况

　　伺服系统简介

　　在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为伺服系统。一般的伺服系统包括伺服驱动装置、伺服电机和检测装置三部分，但正在让这个系统运转起来还需要一个上位机构，即PLC、专门的控制卡和工控机+PCI卡，这些给伺服驱动器信号以控制电机运转。
伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和气动伺服系统。

　　伺服电机又称为执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，分为直流和交流伺服电动机两大类。交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小，但直流伺服比较简单和便宜。

　　伺服系统的结构及分类

　　从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：驱动装置、伺服电机和检测装置。驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。

　　根据驱动电动机的类型，可将其分为直流伺服和交流伺服；根据控制器实现方法的不同，可将其分为模拟伺服和数字伺服；根据控制器中闭环的多少，可将其分为开环控制系统、单环控制系统、双环控制系统和多环控制系统；根据机床中传动机械的不同将其分为进给伺服与主轴伺服。

　　伺服系统在机床行业的应用

　　按机床中传动机械的不同将伺服分为进给伺服与主轴伺服。

　　进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，产生机床的切削进给运动。为此，要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制。具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。根据系统使用的电动机，进给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、交流伺服和直线伺服。其中交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。而直线伺服是高速高精数控机床的理想驱动模式，受到机床厂家的重视，技术发展迅速，直线电动机床正在逐步取代以高速滚珠丝杠驱动为代表的第一代高速机床，成为第二代高速机床，并在使用中逐步占据主导地位。

　　主轴伺服提供加工各类工件所需的切削功率，因此，只需完成主轴调速及正反转功能。但当要求机床有螺纹加 工、准停和恒线速加工等功能时，对主轴也提出了相应的位置控制要求，因此，要求其输出功率大，具有恒转矩段及恒功率段，有准停控制，主轴与进给联动。与进给伺服 一样，主轴伺服经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动。随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代。

　　作为机床工具，尤其是数控机床的重要功能部件，交流伺服运动控制产品的系统特性一直是影响系统加工性能的重要指标。近些年，国内外各个厂家都相继推出了交流伺服运动控制的新技术和新产品，比如全闭环交流伺服驱动技术、直线电机驱动技术、PCC技术、基于现场总线的交流伺服运动控制技术、运动控制卡、DSP多轴运动控制器等。随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的全数字交流伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热点，并成为交流伺服运动控制产品的发展方向。

　　伺服系统在机床行业的总体市场情况

　　目前机床行业伺服系统的应用已经非常的广泛，机床行业为伺服系统应用最为广泛的行业。我国伺服产品的用户主要分布在华东、华南和华北，其中华东市场，占45％，以广东为主的华南和以京津为主的华北各为15％左右。华中和东北大约是10％。华东市场是伺服最大的消费市场，而且这个趋势会持续下去。

　　目前中国机床行业中的伺服市场主要由国外品牌占据了大部分的份额，他们主要来自日本和德国，日本品牌有安川、发那科(Fanuc)、三菱电机等；德国有西门子(Siemens)等。近年来，国内的伺服品牌在成本、服务、技术上有了一定优势；伴随着这几年数控行业的大发展，他们的出货量也保持了快速增长，积累了相对较强的实力，国产品牌的技术路线上与日系产品接近。