機床行業中伺服系統應用情況

　　伺服系統簡介

　　在自動控制系統中，把輸出量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統稱為伺服系統。一般的伺服系統包括伺服驅動裝置、伺服電機和檢測裝置三部分，但正在讓這個系統運轉起來還需要一個上位機構，即PLC、專門的控制卡和工控機+PCI卡，這些給伺服驅動器信號以控制電機運轉。
伺服系統按所用驅動元件的類型可分為機電伺服系統、液壓伺服系統和氣動伺服系統。

　　伺服電機又稱為執行電動機，在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出，分為直流和交流伺服電動機兩大類。交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉矩脈動小，但直流伺服比較簡單和便宜。

　　伺服系統的結構及分類

　　從基本結構來看，伺服系統主要由三部分組成：驅動裝置、伺服電機和檢測裝置。驅動裝置作為系統的主回路，一方面按控制量的大小將電網中的電能作用到電動機之上，調節電動機轉矩的大小，另一方面按電動機的要求把恒壓恒頻的電網供電轉換為電動機所需的交流電或直流電；電動機則按供電大小拖動機械運轉。

　　根據驅動電動機的類型，可將其分為直流伺服和交流伺服；根據控制器實現方法的不同，可將其分為模擬伺服和數字伺服；根據控制器中閉環的多少，可將其分為開環控制系統、單環控制系統、雙環控制系統和多環控制系統；根據機床中傳動機械的不同將其分為進給伺服與主軸伺服。

　　伺服系統在機床行業的應用

　　按機床中傳動機械的不同將伺服分為進給伺服與主軸伺服。

　　進給伺服以數控機床的各坐標為控制對象，產生機床的切削進給運動。為此，要求進給伺服能快速調節坐標軸的運動速度，并能精確地進行位置控制。具體要求其調速范圍寬、位移精度高、穩定性好、動態響應快。根據系統使用的電動機，進給伺服可細分為步進伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。其中交流伺服已占據了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的發展而不斷完善，具體體現在三個方面。一是系統功率驅動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發展，智能化功率模塊得到普及與應用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術的成熟，將促進先進控制算法的應用；三是網絡化制造模式的推廣及現場總線技術的成熟，將使基于網絡的伺服控制成為可能。而直線伺服是高速高精數控機床的理想驅動模式，受到機床廠家的重視，技術發展迅速，直線電動機床正在逐步取代以高速滾珠絲杠驅動為代表的第一代高速機床，成為第二代高速機床，并在使用中逐步占據主導地位。

　　主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調速及正反轉功能。但當要求機床有螺紋加 工、準停和恒線速加工等功能時，對主軸也提出了相應的位置控制要求，因此，要求其輸出功率大，具有恒轉矩段及恒功率段，有準停控制，主軸與進給聯動。與進給伺服 一樣，主軸伺服經歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動。隨著微處理器技術和大功率晶體管技術的進展，現在又進入了交流主軸伺服系統的時代。

　　作為機床工具，尤其是數控機床的重要功能部件，交流伺服運動控制產品的系統特性一直是影響系統加工性能的重要指標。近些年，國內外各個廠家都相繼推出了交流伺服運動控制的新技術和新產品，比如全閉環交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術、PCC技術、基于現場總線的交流伺服運動控制技術、運動控制卡、DSP多軸運動控制器等。隨著超高速切削、超精密加工、網絡制造等先進制造技術的發展，具有網絡接口的全數字交流伺服系統、直線電動機及高速電主軸等將成為數控機床行業的關注的熱點，并成為交流伺服運動控制產品的發展方向。

　　伺服系統在機床行業的總體市場情況

　　目前機床行業伺服系統的應用已經非常的廣泛，機床行業為伺服系統應用最為廣泛的行業。我國伺服產品的用戶主要分布在華東、華南和華北，其中華東市場，占45％，以廣東為主的華南和以京津為主的華北各為15％左右。華中和東北大約是10％。華東市場是伺服最大的消費市場，而且這個趨勢會持續下去。

　　目前中國機床行業中的伺服市場主要由國外品牌占據了大部分的份額，他們主要來自日本和德國，日本品牌有安川、發那科(Fanuc)、三菱電機等；德國有西門子(Siemens)等。近年來，國內的伺服品牌在成本、服務、技術上有了一定優勢；伴隨著這幾年數控行業的大發展，他們的出貨量也保持了快速增長，積累了相對較強的實力，國產品牌的技術路線上與日系產品接近。