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摘要：数控机床的出现是随着工业革命的爆发出现的高端产业链结构，数控机床出现以来，伺服系统作为数控机床的重要组成部分相应而生，在经过新材料不断改进、能源不断发展进步、控制技术相对完善等相关技术的发展，大致从步进伺服系统到直流伺服系统再到今天的交流伺服系统的进行了一个大跨越式的过度。通过对数控机床的伺服系统的性能研究，可以让我国的交流伺服系统相对完善，为量化产业生产改革提供可行机制。
关键词：性能；数控机床；伺服系统
一、数控机床伺服系统概念
数控机床的伺服系统主要是通过部件在机床移动的位置以及速度为控制变量，以此来生成接受来自数字化控制系统软件插补进给指令，在通过一系列的信号加强变换及功率增大、信号的检测反馈之后，再由伺服电机带动机床工作机制，实现操作台工作部件相对生产零件的运行操作。通过更深一步对数控机床伺服系统的研究和操作可加深在生产过程中对数据化控量的精准度，进一步提升工作效率，减少在生产过程中所产生的误差，将不可控因素降低到最低位置。
二、数控机床的伺服系统性能
1.数控机床伺服系统组成
数控顾名思义就是利用加工零件数字化的为变量，以机床履带移动速度和位置以及走位为产量，在通过生成变量的检测数据来对机床及加工过程进行控制的一种方法。伺服系统是数控机床的重要部分，它基本上也是随着计算机技术的发展而发展。现在的伺服系统都是由计算机完成以前硬件数控所做的工作，伺服系统在经过计算机技术、数字化控制技术、材料改进等一系列的发展，目前对生产加工有着举足轻重的作用。伺服系统由数控程序、输入输出设备、操作面板、CNC装备、可编程控制器（PLC）、主轴伺服系统、进给伺服系统、检测装备和一些电气辅助装置等组成[1]。
2.数控机床伺服系统性能
伺服系统按执行元件的性能不同，又分为步进伺服系统、直流伺服系统和交流伺服系统。
2.1步进伺服系统
20世纪60年代之前，当时的主要伺服系统就是以步进伺服系统为主，步进伺服系统的主要特征就是以功率步进电机直接驱动或是以步进电机驱动的液压伺服电动机，步进伺服系统采取的是开环控制[2]。
步进伺服系统的工作原理是指接受脉冲信号来执行不同的命令，例如通过指令脉冲的频率或个数来决定转速和转过的角度。但是由于步进伺服系统并没有反馈和检测环节，完全靠步距角的精度，齿轮传动间隙等影响步进机的精度，但是硬件的尺量易磨损，易出现振动现象，它的输出力矩随转速升高而下降。同时伺服系统又属于开环控制，当步进电机的负载过大或者启动频率过高时，容易出现堵转或丢步现象，当转速过高紧急停止时容易发生过冲现象[3]。同样的，步行电机启动时从静止到加速运转以适应生产操作的速度也过慢，十分影响操作效率。
2.2直流伺服系统
直流伺服系统自八十年代誕生以来一直伺服系统的主流，同时它凭借着优良的稳定性在医疗、科研、生产以及国防科技等多个方面一直担任着举足轻重的位置。伺服系统主要是由多环控制系统分工完成，如电流环、速度环和位置环构成不同的控制体系协同操作。随着数字模拟接口技术、微创器技术以及半导体功率技术的经过不断的开发和研究，直流伺服器在性能以及稳定的各个方面不断得到了长足的进步。
但是由于一般的直流电动机选用的是是机械式换向器，在面对市场日益对高标准、精确化的市场需求，出现了大量问题，例如换向器和电刷经常磨损在不断磨损和使用的过程中，产生了大量不必要的成本费用；同时换向器在工作室电阻极容易产生火花，在电机的使用环境上受到了很大限制，同时又带来了潜在的隐患。
2.3交流伺服系统
交流伺服电动机的应用已很普遍。国内先从控制器开始开发，再到驱动器，现在也有类似的电动机出现在市场上。随着技术完善，价格降低，控制性能的提高，操作调试日趋简单，以及系列化、模块化不断发展，用它取代其他类型的伺服控制电动机已成一种趋势[4]。针对于其他伺服系统的缺点，人们一直致力于以研究新的伺服电机，用以取代旧的具有机械换向器和电刷更替的弊端，首先在成本替换领域上解决问题。同时在高精度、高性能伺服驱动领域上要满足新时代的需求。
因此新型的交流伺服系统是伺服器的一次更新换代，它还具备了稳定、高速、精密的等各种高性能，例如换向器圆周调速由于交流伺服系统的自由性，同时交流电器也不存在电抗、电阻和电势数值限制，同时其在相同功率下其转速限制可设定得比直流器高出5000倍，而高性能的伺服驱动电器的变速可达到相对于直流伺服器的10000倍以上。
三、数控机床的伺服系统常见故障的诊断与处理
1.过载
过载故障现象主要是由两种情况引起的：一是系统出错，提示某轴硬件超程，原因可能是零件过大，不适合在此机床上加工或者伺服的超程回路短路，这两种原因的排除措施分别为重新考虑加工此零件的条件和检验超程回路，避免超程信号的误输入[5]；二是系统报警，一般会在CRT上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息，原因可能是程序错误或刀具位置有误，排除措施是重新编制程序或重新对刀。
2.窜动和爬行
窜动主要是由跟随误差引起的，在产品的日常生产过程中产生来回窜动的主要原因有：第一，测速机制不稳定，反馈信号受到干扰，如测速装置短路、有大型电子核干扰等；第二，速度控制机制出现问题或速度信号不稳定或受到干扰；第三，接线端或线头链接接触不良，如塑料包皮脱落、金属线外漏、螺钉松动等。
窜动由于交流电受阻在正反方向互换时，大部分情况下都是由于伺服系统增益过大或者进给传动链的反向间隙所致，拧紧螺丝钉或检查间隙和增益能解决此故障。爬行主要是在启动加速段或低速进给时或减速缓冲是才会发生，履带老化失去弹性或者传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低、外加负载过大或联轴器的机械传动有卡位都有可能发生爬行的情况，这时应该采取逐一排查等手段进行解决，应通过识别机器运作时的声音来判断故障位置，详细或设定检查伺服的增益参数来核对数据是否严谨、通过目测轴器的外形检查来校对工作负载是否达到上限，总而言之就是具体情况具体分析，勤做机器保养工作，根据实际情况情况做好机床润滑，仔细核对说明书以及生产条件来设定参数，改善分割参数或更换联轴器接触障碍。
3.移位与振动
指令值为零时履带在移动不稳定从而造成位置误差。一般出现移位的情况比较常见，主要原因可能是链接齿轮滑动或者螺丝钉松动所致，如果不需要大的调整的情况下，只需要恢复零速调整的设定位置就可恢复正常。但是严重的情况下会产生驱动器开机时发出尖锐鸣叫声的情况，在机床首次调试时经常遇到，主要原因是驱动器与实际进给系统的匹配未达到最佳值而引起的。对于这类故障，通常只要通过驱动器的速度环增益与积分时间的调整即可消除。
结语：
随着生产力的不断发展交流伺服的发展趋势向着智能化、集成一体化和网络化的方向发展。使用本身配置的反馈单元构成半闭环或是通过外部接口构成高精度的全闭环控制系统。使用集成、多方位的控制单元程序，既可以通过软件的设置实现位置控制，也可以调控速度控制功能。
参考文献：
[1]张富强.数控机床及其伺服系统的研究[J].数字技术与应用.2012（06）：76-79
[2]邓鹏.交流伺服进给系统试验台的设计与仿真[D].西南交通大学.2011：21
[3]郭永红.数控车床静压气体轴承主轴系统动力学建模及静特性研究[D].东北林业大学.2011：5-6
[4]张利君.数控机床超声自动检测系统产品族各关键模块研究设计[D].中北大学.2011：11
[5]庞牧野.嵌入式数控系统连续轨迹控制算法的研究与实现[D].电子科技大学.2011：6
关键词：性能；数控机床；伺服系统
一、数控机床伺服系统概念
数控机床的伺服系统主要是通过部件在机床移动的位置以及速度为控制变量，以此来生成接受来自数字化控制系统软件插补进给指令，在通过一系列的信号加强变换及功率增大、信号的检测反馈之后，再由伺服电机带动机床工作机制，实现操作台工作部件相对生产零件的运行操作。通过更深一步对数控机床伺服系统的研究和操作可加深在生产过程中对数据化控量的精准度，进一步提升工作效率，减少在生产过程中所产生的误差，将不可控因素降低到最低位置。
二、数控机床的伺服系统性能
1.数控机床伺服系统组成
数控顾名思义就是利用加工零件数字化的为变量，以机床履带移动速度和位置以及走位为产量，在通过生成变量的检测数据来对机床及加工过程进行控制的一种方法。伺服系统是数控机床的重要部分，它基本上也是随着计算机技术的发展而发展。现在的伺服系统都是由计算机完成以前硬件数控所做的工作，伺服系统在经过计算机技术、数字化控制技术、材料改进等一系列的发展，目前对生产加工有着举足轻重的作用。伺服系统由数控程序、输入输出设备、操作面板、CNC装备、可编程控制器（PLC）、主轴伺服系统、进给伺服系统、检测装备和一些电气辅助装置等组成[1]。
2.数控机床伺服系统性能
伺服系统按执行元件的性能不同，又分为步进伺服系统、直流伺服系统和交流伺服系统。
2.1步进伺服系统
20世纪60年代之前，当时的主要伺服系统就是以步进伺服系统为主，步进伺服系统的主要特征就是以功率步进电机直接驱动或是以步进电机驱动的液压伺服电动机，步进伺服系统采取的是开环控制[2]。
步进伺服系统的工作原理是指接受脉冲信号来执行不同的命令，例如通过指令脉冲的频率或个数来决定转速和转过的角度。但是由于步进伺服系统并没有反馈和检测环节，完全靠步距角的精度，齿轮传动间隙等影响步进机的精度，但是硬件的尺量易磨损，易出现振动现象，它的输出力矩随转速升高而下降。同时伺服系统又属于开环控制，当步进电机的负载过大或者启动频率过高时，容易出现堵转或丢步现象，当转速过高紧急停止时容易发生过冲现象[3]。同样的，步行电机启动时从静止到加速运转以适应生产操作的速度也过慢，十分影响操作效率。
2.2直流伺服系统
直流伺服系统自八十年代誕生以来一直伺服系统的主流，同时它凭借着优良的稳定性在医疗、科研、生产以及国防科技等多个方面一直担任着举足轻重的位置。伺服系统主要是由多环控制系统分工完成，如电流环、速度环和位置环构成不同的控制体系协同操作。随着数字模拟接口技术、微创器技术以及半导体功率技术的经过不断的开发和研究，直流伺服器在性能以及稳定的各个方面不断得到了长足的进步。
但是由于一般的直流电动机选用的是是机械式换向器，在面对市场日益对高标准、精确化的市场需求，出现了大量问题，例如换向器和电刷经常磨损在不断磨损和使用的过程中，产生了大量不必要的成本费用；同时换向器在工作室电阻极容易产生火花，在电机的使用环境上受到了很大限制，同时又带来了潜在的隐患。
2.3交流伺服系统
交流伺服电动机的应用已很普遍。国内先从控制器开始开发，再到驱动器，现在也有类似的电动机出现在市场上。随着技术完善，价格降低，控制性能的提高，操作调试日趋简单，以及系列化、模块化不断发展，用它取代其他类型的伺服控制电动机已成一种趋势[4]。针对于其他伺服系统的缺点，人们一直致力于以研究新的伺服电机，用以取代旧的具有机械换向器和电刷更替的弊端，首先在成本替换领域上解决问题。同时在高精度、高性能伺服驱动领域上要满足新时代的需求。
因此新型的交流伺服系统是伺服器的一次更新换代，它还具备了稳定、高速、精密的等各种高性能，例如换向器圆周调速由于交流伺服系统的自由性，同时交流电器也不存在电抗、电阻和电势数值限制，同时其在相同功率下其转速限制可设定得比直流器高出5000倍，而高性能的伺服驱动电器的变速可达到相对于直流伺服器的10000倍以上。
三、数控机床的伺服系统常见故障的诊断与处理
1.过载
过载故障现象主要是由两种情况引起的：一是系统出错，提示某轴硬件超程，原因可能是零件过大，不适合在此机床上加工或者伺服的超程回路短路，这两种原因的排除措施分别为重新考虑加工此零件的条件和检验超程回路，避免超程信号的误输入[5]；二是系统报警，一般会在CRT上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息，原因可能是程序错误或刀具位置有误，排除措施是重新编制程序或重新对刀。
2.窜动和爬行
窜动主要是由跟随误差引起的，在产品的日常生产过程中产生来回窜动的主要原因有：第一，测速机制不稳定，反馈信号受到干扰，如测速装置短路、有大型电子核干扰等；第二，速度控制机制出现问题或速度信号不稳定或受到干扰；第三，接线端或线头链接接触不良，如塑料包皮脱落、金属线外漏、螺钉松动等。
窜动由于交流电受阻在正反方向互换时，大部分情况下都是由于伺服系统增益过大或者进给传动链的反向间隙所致，拧紧螺丝钉或检查间隙和增益能解决此故障。爬行主要是在启动加速段或低速进给时或减速缓冲是才会发生，履带老化失去弹性或者传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低、外加负载过大或联轴器的机械传动有卡位都有可能发生爬行的情况，这时应该采取逐一排查等手段进行解决，应通过识别机器运作时的声音来判断故障位置，详细或设定检查伺服的增益参数来核对数据是否严谨、通过目测轴器的外形检查来校对工作负载是否达到上限，总而言之就是具体情况具体分析，勤做机器保养工作，根据实际情况情况做好机床润滑，仔细核对说明书以及生产条件来设定参数，改善分割参数或更换联轴器接触障碍。
3.移位与振动
指令值为零时履带在移动不稳定从而造成位置误差。一般出现移位的情况比较常见，主要原因可能是链接齿轮滑动或者螺丝钉松动所致，如果不需要大的调整的情况下，只需要恢复零速调整的设定位置就可恢复正常。但是严重的情况下会产生驱动器开机时发出尖锐鸣叫声的情况，在机床首次调试时经常遇到，主要原因是驱动器与实际进给系统的匹配未达到最佳值而引起的。对于这类故障，通常只要通过驱动器的速度环增益与积分时间的调整即可消除。
结语：
随着生产力的不断发展交流伺服的发展趋势向着智能化、集成一体化和网络化的方向发展。使用本身配置的反馈单元构成半闭环或是通过外部接口构成高精度的全闭环控制系统。使用集成、多方位的控制单元程序，既可以通过软件的设置实现位置控制，也可以调控速度控制功能。
参考文献：
[1]张富强.数控机床及其伺服系统的研究[J].数字技术与应用.2012（06）：76-79
[2]邓鹏.交流伺服进给系统试验台的设计与仿真[D].西南交通大学.2011：21
[3]郭永红.数控车床静压气体轴承主轴系统动力学建模及静特性研究[D].东北林业大学.2011：5-6
[4]张利君.数控机床超声自动检测系统产品族各关键模块研究设计[D].中北大学.2011：11
[5]庞牧野.嵌入式数控系统连续轨迹控制算法的研究与实现[D].电子科技大学.2011：6