浅谈机床数控系统的选配（二）

HEATS

　　驱动电机主要可分为：反应式步进驱动电机、混合式(也称永磁反应式)步进驱动电机和伺服驱动电机三大类。

　　反应式步进驱动电机的转子无绕组，由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。混合式步进电机的转子用永久磁钢，由励磁和永磁产生的电磁力矩实现步进运行。步进电机受脉冲的控制，通过改变通电的顺序可改变电机的旋转方向，改变脉冲的频率可改变电机的旋转速度。步进电机有一定的步距精度，没有累积误差。但步进电机的效率低，拖动负载的能力不大，脉冲当量不能太大，调速范围不大。目前步进电机可分为两相、三相、五相等几种，常用的是三相步进电机，如广州数控的DY3A即是三相混合式步进驱动器。在过去很长一段时间里，步进电机占很大的市场，但目前正逐步为伺服电机所取代。

v( Q2 L* D' X% o1 ~+ B

　　目前常用的伺服电机是交流伺服电机，在电机的轴端装有光电编码器，通过检测转子角度用以变频控制。从最低转速到最高转速，伺服电机都能平滑运转，转矩波动小。伺服电机有较长的过载能力，有较小的转动惯量和大的堵转转矩。伺服电机有很小的启动频率，能很快从最低转速加速到额定转速。

　　采用交流伺服电机作为驱动器件，可以和直流伺服电机一样构成高精度，高性能的半闭环或闭环控制系统。由于交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前已经在很大范围内取代了直流伺服电机。采用高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)的全数字化交流伺服系统出现后，原来的硬件伺服控制变为软件伺服控制，一些现代控制理论中的先进算法得到实现，进而大大地提高了伺服系统的性能，因此伺服单元能较大的提高加工效率及加工精度，但伺服驱动单元的价格也较高。随着伺服控制技术的逐步提高，目前伺服驱动单元正逐步成为驱动单元的主力军，伺服驱动单元的价格也在逐步减低。

　　伺服驱动器有两种。一种采用脉冲控制方式，此种驱动器与电机闭环，但不反馈到数控系统，这种驱动器在某种程度上可称为开环控制的伺服控制。另一种采用电压控制方式，通过电压的高低进行电机的转速控制，电机的反馈信号通过驱动器反馈到数控系统进行位置控制。

1 h* v* x* O1 m1 k& u9 r3 C( a 5 B4 o# ~- u: g1 e6 y; M2 r e3 A, {

　　选择驱动单元时，也要考虑驱动单元的价格在整台数控机床中的比例。整台数控机床价格较低的一般选择步进驱动单元，而价格较高的机床选择伺服驱动单元。但选择驱动单元的同时，也要考虑驱动单元与数控系统的匹配问题，选择闭环控制系统时必须选择闭环的伺服驱动单元。交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

" Y. l7 ~! m. y0 H

　　3、功能选择

　　以上是根据数控系统的加工精度进行考虑，除此以外，还要从数控系统的功能选择上考虑。

　　3.1控制轴

　　数控系统控制轴的数量也是选择的关键。控制轴可分为直线进给轴和旋转轴，按控制轴的数量可分为两轴联动、三轴联动、多轴联动等。控制轴的数量越多，机床所能加工的形状越复杂，但其成本就越高。目前车床一般用两个直线移动轴联动，有时会附加一个直线移动轴或旋转轴。铣床一般用三个直线移动轴联动，有时会附加一个直线移动轴或旋转轴。高档的系统则联动的轴更多，代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，其中三个轴为直线移动轴，两个旋转轴，五轴联动时可加工出复杂的空间曲面。当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持，对机床的要求也极高。

9 l2 j3 Z# G) @ a7 |; U& | 6 M3 l1 {$ F9 }8 K" \6 H

　　控制轴越多，数控系统的价格成几何级数增长。因此，在选择数控系统时，要根据机床本身的运动轴进行选择，多余的控制轴并不能提高机床的控制精度，反而增加了数控系统的成本。

+ V% J* F6 G! G7 x

　　3.2图形显示

8 t, e9 v6 L2 a0 o K" ~ I

　　系统的图形显示功能，该功能用于模拟零件加工过程，显示真实刀具在毛坯上的切削路径，可以选择直角坐标系中的二个不同平面，也可选择不同视角的三维立体，可以在加工的同时作实时的显示，也可在机械锁定的方式下作加工过程的快速描绘，是一种检验零件加工程序，提高编程效率和实时监视的有效工具。

# F: m+ X- O& X+ C, s

　　3.3 DNC传输功能

　　众所周知，由非圆曲线或面组成的零件加工程序的编制是十分困难的，通常的办法是借助于通用计算机的计算，将它们细分为微小的三维直线段组成的加工程序，在模具加工中这种长达几百KB的加工程序是经常遇到的，而一般数控系统提供的程序存储容量为64~128KB，这给模具加工带来很大困难。DNC通讯功能具有两种工作方式，其一是一次地将通用计算机中的程序传送到数控系统的加工程序的存储区内(如果它的容量足够大的话)，其二是将通用计算机中的程序一段一段地传送到数控系统的缓冲存储器中，边加工边传送，直到加工结束。彻底解决了大容量程序零件的加工问题，虽然选用这项功能需要增加一定的费用，但它确实是一项实用功能，因此建议在选择数控系统时将DNC传输功能选做必备功能。

7 \+ {, j8 _& y7 v# k

　　3.4刚性攻丝

. ~# p7 b' g0 R8 ]2 W' |

　　攻螺纹是数控机床的一项常用功能，到底采用什么方式是一个值得考虑的问题。刚性攻螺纹功能必须采用伺服电机驱动主轴，不仅要求在主轴上增加一个位置传感器，而且对主轴传动机构的间隙和惯量都有严格地要求，电气设计和调整也有一定的工作量，所以这个功能的成本是不能忽略的。对用户来说，如果可以通过采用弹性缩卡头进行柔性攻螺纹，或者机床本身的转速并不高时，就不必选用刚性攻螺纹功能。

　　上述这类问题在数控机床的功能配置时是经常遇到的，作为一个数控机床的设计和销售人员必须清楚了解数控系统的各种功能用途，根据机床的实际情况为用户配置经济合理、功能和价格比都比较高的数控机床，减少不必要的浪费。

& g- M) a! @/ |. w/ {. f / U9 i) t' Z# b/ V! q7 `4 Q! A ' [. N U: n5 M& _2 ]8 w4 y