面向数控机床的绿色设计技术论文(实用6篇)
面向数控机床的绿色设计技术论文 篇一
在当前环保意识日益增强的背景下，绿色设计技术成为了各行各业关注的焦点。作为制造业的重要组成部分，数控机床在实现绿色设计技术方面也有着重要的作用。本文将探讨面向数控机床的绿色设计技术，并介绍其在提高机床性能和降低环境污染方面的重要性。
首先，绿色设计技术对于数控机床的性能提升具有重要意义。通过采用绿色设计技术，可以优化机床结构，提高机床的刚性和稳定性，从而提高机床的加工精度和效率。同时，绿色设计技术还可以优化机床的动力系统，提高机床的加工速度和动态响应能力。这些改进可以显著提高数控机床的工作效率和加工质量，满足现代制造业对高精度和高效率加工的需求。
其次，绿色设计技术对于数控机床的环境保护具有重要作用。数控机床在加工过程中产生的废气、废水和废渣对环境造成了一定的污染。通过采用绿色设计技术，可以降低机床的废气排放量，减少对大气环境的污染。同时，绿色设计技术还可以优化机床的冷却系统和润滑系统，减少机床在加工过程中的能耗和润滑剂的使用量，从而降低机床对环境的影响。
此外，绿色设计技术还可以提高数控机床的可持续发展能力。随着资源的日益枯竭和环境问题的日益严峻，制造业需要转变传统的生产模式，向可持续发展的方向发展。绿色设计技术可以在机床的设计阶段考虑到资源和能源的有效利用，降低机床的生命周期成本，并延长机床的使用寿命。这有助于提高机床的经济性和可持续发展能力，满足制造业对资源和环境的可持续利用的需求。
综上所述，面向数控机床的绿色设计技术在优化机床性能、降低环境污染和提高可持续发展能力方面具有重要作用。在当前环境保护的大背景下，制造业应该积极采用绿色设计技术，推动数控机床向绿色化和可持续发展方向迈进。
面向数控机床的绿色设计技术论文 篇二
随着环境问题的日益突出和社会对绿色发展的追求，绿色设计技术在各个行业中得到了广泛应用，数控机床行业也不例外。本文将探讨面向数控机床的绿色设计技术，并重点介绍其在节能降耗和减少环境污染方面的应用。
绿色设计技术在数控机床行业的节能降耗方面具有重要意义。数控机床在加工过程中往往需要消耗大量的电能和润滑剂。通过采用绿色设计技术，可以降低机床在加工过程中的能耗和润滑剂的使用量。例如，可以通过优化机床的工作方式和运动路径，减少不必要的能量损耗；可以采用高效节能的电机和液压系统，降低机床的能耗。这些改进措施可以显著降低数控机床的能源消耗，实现节能降耗的目标。
此外，绿色设计技术还可以减少数控机床对环境的污染。数控机床在加工过程中会产生废气、废水和废渣，对环境造成一定的污染。通过采用绿色设计技术，可以降低机床的废气排放量，减少对大气环境的污染；可以优化机床的冷却系统和润滑系统，减少机床在加工过程中的废水排放量，降低对水环境的污染；可以减少机床产生的废渣量，降低对土壤环境的污染。这些措施可以有效减少数控机床对环境的影响，实现减少环境污染的目标。
综上所述，面向数控机床的绿色设计技术在节能降耗和减少环境污染方面具有重要意义。随着环境保护意识的不断增强，数控机床行业应积极采用绿色设计技术，推动行业朝着绿色化和可持续发展的方向迈进。只有通过不断引进和应用绿色设计技术，才能实现数控机床行业的可持续发展和环境友好型制造。
面向数控机床的绿色设计技术论文 篇三
摘要：
随着人们对现代科技以及环境保护要求的不断提高，绿色设计与制造将成为实现生态工业和可持续发展的关键技术。数控机床作为装备制造业的核心，必须顺应环保趋势，因此，开发绿色环保的数控机床尤为重要。文章在分析数控机床绿色设计特点的基础上，给出了绿色材料的选择原则，提出了可拆卸性设计、可回收性设计的原则，指出了绿色制造的发展模式。
关键词：
数控机床;绿色设计;原则
当前，世界上掀起一股“绿色浪潮”，环境问题已经成为世界各国关注的热点，并列入世界议事日程，制造业将改变传统制造模式，推行绿色制造技术，发展相关的绿色材料，生产出保护环境、提高资源效率的绿色产品，随着人们环保意识的增强，那些不推行绿色制造技术和不生产绿色产品的企业，将会在市场竞争中被淘汰，使发展绿色制造技术势在必行。
1、绿色设计的特点
在数控机床设计过程中，绿色设计就是设计人员将数控产品设计与环境保护融为一体，使产品从材料上、可拆卸性、回收性方面满足环保要求，并与绿色制造技术等方面结合起来。
绿色设计的步骤往往十分繁复，业内人士指出，绿色设计是门综合的科学。事实上，绿色设计很重要的一点就是要注重环境的可持续性，设计对环境的可持续性是非常重要的。设计人员要承担起这个责任，建立起最美好的世界。环境的可持续性就是指产品设计要让容易回收，还要考虑生态材料的应用，考虑可回收的数控机床应如何设计。除了回收的问题，还要让人们的数控机床能够长久使用，这涉及到在使用维护过程中也应具有可拆卸性，在擅长制造过程中，尽量设计和采用物料和能源消耗少、废弃物少、噪声低、对环境污染小的工艺方案和工艺路线，从而实现数控机床的绿色制造。
2、绿色材料选择的设计
数控机床绿色材料选择技术是一个很复杂的问题。在选用材料的时候，不仅要考虑其绿色性，还必须考虑产品的功能、质量、成本、噪声等多方面的要求。减少不可再生资源和短缺资源的使用量，尽量采用各种替代物质和技术。从根本上解决资源日益短缺、大量废弃物造成生态环境日益恶化等问题。
数控机床绿色产品设计首先应要求构成产品的材料具有绿色特性，具体来说，在材料选择时，应符合以下要求：
①具有良好的使用性能。
②优先选用储量丰富、可再生材料和回收材料，以提高资源利用率，实现制造业可持续发展。
③尽量选用低能耗、少污染和低辐射特性的材料，不用有毒有害的原材料。
④所用材料应是易加工且加工中无污染或污染最小。
⑤材料在整个生命周期的全过程对生态环境无副作用，而不仅是某一生产过程具有低的环境负荷值。
3、可拆卸性设计
数控机床拆卸是从装配体上实现零部件分离的过程，并保证不对目标零部件造成损害。产品的可拆卸性设计充分利用产品的模块化，
这样既可以简化拆卸工作，节约处理时间，又易于回收材料和残余废弃物的分类和后处理。产品的可拆卸性是产品回收再生的前提，直接影响产品的可回收再生性份。
数控机床在可拆卸性设计过程中引入拆卸设计准则是改善产品拆卸性能的有效方法。可拆卸性要求在产品设计的初期就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则，使所设计的结构易于拆卸，维护方便，并可在产品报废后可重用部分能充分有效地回收和重用，以达到节约资源和能源、保护环境的目的。拆卸设计应遵循以下基本原则：
①产品结构的可预测性准则。为了使产品废弃淘汰时减少其结构的不确定性，应避免将易老化或易腐蚀的材料与所需拆卸、回收的材料零件组合。
②易于拆卸准则。设计过程中要尽量采用简单的连接方式，保证产品拆卸过程中具有稳定性，废液易于排放，使用易拆卸的紧固件。
③模块化原则。要使所设计的结构功能模块化，减少产品零件数，易于拆卸，维护方便。
④综合效益最高原则。将高价值的零部件布置在易于拆卸的位置，提高部分拆卸的回报率。
数控车床绿色设计过程中，在满足功能要求的条件下，应以上述准则为依据进行设计。
4、可回收性设计
数控机床产品的回收设计是实施绿色制造的关键因素，同时也是目前最活跃的研究领域。在进行产品设计初期，充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、等与可回收有关的一系列问题。国家除了有相关的强制性绿色回收政策，绿色回收
应从设计源头抓起，回收设计的目的是使材料资源得到最大限度地利用， 减少环境污染，保护生态环境，以最少的成本代价，获得最高的回收价值，利于持续发展战略的实施。数控机床绿色回收是实现制造业可持续发展的先决条件。
数控机床在回收设计中，应遵循以下设计原则：
①减少报废零部件对环境的污染。
②结构设计应考虑维修以及调整的方便。
③机油可回收的油路设计，使回流的机油可重复使用，减少机床周围环境污染，达到清洁生产的要求。
④限制材料种类，采用系列化、模块化的产品结构。
⑤尽量选用低能耗、少污染的材料，便于回收，最大限度地提高再生资源的利用率。
5、绿色制造
机床的绿色设计与绿色制造是机床加工的必然趋势，它对企业摆脱高消耗、高污染的发展模式，注重环境成本，合理利用资源、能源，进行清洁化生产，减轻环境污染，走可持续发展的道路，起到了积极的推动作用。从其内涵来看，绿色制造在制造领域强调在产品的整个生命周期每个阶段，全面考虑资源因素和环境因素。在环境保护领域，绿色制造强调生产过程，制造过程的绿色性，这意味着它不仅要求对环境的负影响最小，而且要达到保护环境的目的。就推进数控机床装备工业走绿色制造发展模式还必须要做到以下几点：
①积极推进绿色设计和绿色制造与绿色回收。
②大力实施节能减排数控设备绿色技术改造。
③推广再生资源循环绿色利用技术。
④积极制定和完善绿色技术标准体系、政策和规范，作为建设资源节约型、
环境友好型社会的重要措施，科学规划、合理布局、规范建设、有效管理，促进经济社会全面、和谐、可持续发展。
绿色设计、绿色制造、绿色回收给工业设计生产回收带来了挑战，也带来了机会，一场绿色革命已经来到。在现代数控机床设计生产过程中溶入绿色思想理念是现代工业发展的必然。按照绿色设计—绿色制造—绿色回收的绿色循环型发展模式，必将提高企业的核心竞争力。为人类社会的可持续发展发挥关键性的作用。
6、结语
社会可持续发展的要求预示着“绿色设计”将成为21世纪工业设计的热点之一。基于绿色设计思想的现代数控机床设计，已成为机床设计研究的一个热点，也为人类诠释了一种全新的设计与生产理念。文章对数控车床的绿色设计技术进行了部分讨论，表明其具有很大的应用前景。实现数控车床产品的“绿色化”实现可持续发展具有重要意义。
参考文献：
[1] 李世葳,王述洋,张万里.数控机床的人性化设计研究[J].林 业劳动安全,2007,(4).
[2] 杨继荣,段广洪,向东.产品再制造的绿色模块化设计方法 [J].机械制造,2007,(3).
[3] 徐伟.数控系统故障诊断与维修技术的研究[J].制造业自 动化,2005,(1).
面向数控机床的绿色设计技术论文 篇四
1数控机床技术在我国现阶段的发展情况
本世纪高新技术的研发与应用为国际机械制造业带来了巨大的发展空间，尤其是我国的机械制造业在规模扩大生产，提高机械设备与零件的出口配额和比重方面有明显变化。首先，对国外生产的大型机床、重型机床的进口配额明显变少，而国内市场上生产和销往国外的大型机床、重型机床比例有所增加。为了继续向国内市场客户提供优质、中等档位的数控机床及其零部件，并借此机会开拓国际市场，我国机械制造业在未来时期的规划目标是实现国内数控机床技术的持续发展，保证以数控机床技术为代表的机械制造业在稳步发展的基础上，实现固定资产的持续增值，继续拉动机械制造产品与技术的出口，为国家经济增长提供有力帮助。
2数控机床的设计要点分析
2.1数控机床的人文设计理念
数控机床技术的开发与利用一方面应当满足机械制造的标准，具备机床设备的良好运作性能，还应当将人体结构的、四肢运动范围等因素包含进去，让数控机床设计为工作者提供方便、愉快的操作条件。
2.2数控机床的界面设计
数控机床的零部件安置、外部造型设计与应当充分考虑到工作者的生理机能和人体结构，考虑到工作者的视线范围等因素，在追求数控机床界面外观上的创新漂亮、现代化，同时也要将数控机床设计为为适合工作者视觉辨认的颜色，为机械操作提供便利条件。
2.3数控机床的外部设计
数控机床的外部设计中体现着美学设计的原理和标准。举例说明，数控机床的设计应当符合人体结构和生理机能，机床操作按钮、操作零部件的摆列和排列应当结合工作者的视线习惯并处于工作者的通常视线范围中，从而提高数控机床操作的准确性和便捷性。让数控机床操作者在最短时间内迅速、有效、精准地提高操作水平。数控机床的操作按钮、显示灯、操作方向应当彼此之间相互配合，并且符合机床设备的操作精准、便捷有效等特点。在数控机床外部设计中，应当注意保持同种性质的操作按钮、操作显示灯、操作部件的运用方向具备一致性。首先，数控机床的整体颜色搭配应当简洁、美观。机床设备在功能上、材质上一方面需要实现美观大方整洁，一方面也要与机械制造环境相协调，帮助数控机床稳定安装，给员工和提供一个愉快、宁静的工作氛围。所以数控机床在颜色设计中应当偏重稳定和安静，避免使用容易引起焦躁、不安、兴奋或者阴沉、忧郁的颜色，为工作人员身心愉悦创造条件。数控机床的颜色搭配应当保持明亮、温馨的颜色，防止刺激或者不良影响使用者的内心情绪。不宜大面积采用刺激和兴奋作用强的热色调色彩，以免使操作者心神不安。
3数控机床技术与现代工业理念的结合应用
3.1数控机床技术中的节能环保理念
本世纪经济水平的不断提高从一定程度上破坏了自然生态环境。在设计工业产品的同时，应当有利于自然环境的保护与维系。设计数控机床的过程中，针对机械设备的生产制造、流通运输、设计原材料的应用、设计功能的实现、机床设备使用的全部流程和环节加强管理，使用绿色清洁、节能环保的原材料，在生产、运输、使用的过程中避免或者最大程度降低对环境的污染与破坏，为人类与自然生态环境的和谐稳定相处创造良好的条件。为了保证数控机床设计中符合节能、环保理念，需要从两个方面进行处理：一是，数控机床设计中使用的原材料应当是可回收的、对环境没有污染的清洁原材料，并且数控机床设备的零部件应当可以从整体设备上拆卸下来，并能够重新更换、单独维修或者回收使用，一方面节约了机床设备维修和重新生产的成本，另一方面也体现了对客户利益的维护，如果机器设备存在故障，可以单独拆卸、替换的零部件能够降低维修工作的复杂性，便于维护、修理，降低了维护产品的成本，也降低了客户对机床设备的使用和维护资金的支出。
3.2数控机床技术中的人文精神
人文精神理念的'中心思想主要变现为对人类精神、价值观念、人格身份、尊严自由等方面的保护和维系，是对人类精神文化及其成果的维护。数控机床设计中，将人性化需求始终作为产品设计的最高标准，机械设备应用与评价的标准在于是否能够为人类提供好的服务，是否能够满足人类生活与生产的需求。因此数控机床的设计标准、生产要求应当考虑到操作者的工作需求和工作安全。首先，数控机床的操作系统、操作程序、操作按钮等零部件应当符合人体生理机能，同时数控机床的系统操作界面设计应当考虑操作者所在的工作环境与场所，考虑到操作者的身高、体型、操作范围等具体情况。
3.3数控机床技术中的文化、品牌理念
数控机床作为机械制造行业的重要产品，应当具备实践使用功能，同时也应当具备品牌和文化功能。数控机床设计中的文化与品牌理念能够提升产品的内涵和价值，为我国机械制造产品进入国际市场，为国内企业打造专属于自身的、有历史传承价值的机械制造产品提供可能。数控机床中的文化与品牌理念，一方面体现了企业的公司文化、公司价值追求、公司经营的历史和经营理念，一方面也代表着企业公司的形象，代表着公司对产品的质量追求和价值目标，体现着公司在产品中投入的科技研究、设计风格、经营策略、生产质量，是多项产品概念和价值的融合。综上所述，随着我国与国际间在各领域中交流合作的增多，国内机床企业需要及时进行产业结构优化与资源整合，有关设计人员应当把握好数控机床的外部设计、界面设计要点，将节能环保、人文精神和文化品牌理念等现代工业理论结合到数控机床的设计之中。
面向数控机床的绿色设计技术论文 篇五
摘要
：随着我国科技水平的进步，我国在矿业数控机床生产中对PLC机电一体化技术进行了广泛的应用，不仅使矿业的生产质量得到提高，还使数控机床不断朝着智能化的方向发展，有助于实现我国的现代化建设目标。当下，如何将PLC机电一体化技术广泛地应用到数控机床的生产中，是当今社会普遍关注的话题。本文对PLC机电一体化技术在数控机床中的应用展开探讨，希望对相关的研究人员提供一定的借鉴意义。
关键词
：PLC机电一体化技术；数控机床；机械设计
机电一体化技术是一种先进的生产技术，在数控机床生产中的应用较为广泛。PLC是一种具有自动化特征的设计运算操作系统，可编程存储器是PLC运行的核心部件，凭借着系统内部强大的记忆存储功能实现对不同元件传达相应的控制指令，使PLC机电一体化技术具有先进性的特征。目前，我国的数控机床中以及广泛的应用PLC机电一体化技术，极大地减轻了劳动人员的工作量还在一定程度上提高了数控机床的先进化、智能化以及数字化的发展水平，对今后我国的工业发展成以及社会经济发展具有一定的推动作用。
1我国数控机床发展中存在的问题
1.1数控化水平较低
机床的数控化比率可以很好地体现出一个国家的数控化水平，就目前我国的机床数控化比率而言，较一些发达国家还有一定的差距，我国的数控化比率在生产方面占30%左右，消费方面占50%左右，而发达国家的生产已经高达70%，因此还有很长的一段距离。据不完全统计，我国的经济型数控机床占据国产机床品种的一半，平均转速为2000转/秒，而一些大型的、精度较高的机床却不足国产机床的3%，不足一些先进国家的1/20，造成此种现象的主要原因是我国没有先进的核心部件开发，且开发时间较长，所以导致其核心零部件都是依靠进口，对我国的数控化水平造成严重的影响。
1.2严重缺乏核心技术据资料显示
在2002年到2008年间，我国的机床出口及消费水平均在世界排名的第一位，看似机床业的发达程度较高，实际利润却很低，经济型机床是主要的出口来源，而一些大型的高端的机床利润较低。出现这种现象的主要的原因是我国缺乏对机床研究的核心技术，核心部件的制造研发能力较低，无法实现技术产业互，与发达国家存在着明显的差距。且我国现目前的中高端的机床产业主要是对部件进行制造，还无法真正的掌握核心技术，一些高端的技术需要依靠国外的进口，其价值就占据机床成本的60%,对我国的数控机床的发展带来严重的阻碍[1]。
1.3产品性能不高
决定数控机床产品性能的主要因素是零部件的精度、以及转速等等来决定的。但当下我国数控机床零部件的精度普遍较低，一些零部件加工厂所制造出的精度还满足不了客户的要求，特别是重复定位精度上，仅有一小部分产品可以达到欧洲国家的标定位精度。还有就是在转速方面，我国的产品在移动速度、换刀刀速度以及轴转速方面同发达国家还有一定的差距，如一些国外的加工中心的速度均可达到40米/分钟，最高达到90米/分钟，而国内的平均水平却在30米/分钟，极少部分可以达到60米/分钟，与数控机床相比无论在进给速度还是轴转速以及连续工作时间上都有很大的差距。
2数控机床对机械设计技术的广泛应用
机械设计技术可以为PLC机电一体化技术的实施提供一定的基础保障，随着电子信息技术的进步，实现了同PLC机电一体化技术的高度融合，极大的提升了使用效率。新形势下也对机电设备提出了更高的要求，使机械设备逐渐朝着精度准确、材质更轻盈的方向发展，因此，应不断的对传统机械设计技术进行升级更新，以满足当下我国对工业发展的需要。数控机床可以对零件进行加工，对我国的工业生产有着重要的作用，但随着我国工业化的发展，一些较为老旧的数控机床生产已经无法与现代工业发展相适应，而数控机床中对PLC机电一体化技术的广泛应用，不仅提高了数控机床的功能、质量还实现了对数控机床坐标轴以及主传动的合理控制，使机床本体的运行效率得到极大的提高，为今后的生产活动奠定基础。数控机床中对机械设计技术的应用主要表现在以下几方面：
①为了避免切削液的外溅而产生的浪费现象，应将应用功能添加到数控机床的防护装置上，使工业生产的安全性得到极大的提高；
②将自动排屑装置安装在数控机床上，使机床的生产效率得到了极大的提高，对数控机床的稳定运行提供一定的保障；
③将机械设计技术广泛的应用到数控机床中，极大的提高了主轴的运转速度，使数控机床运行的安全性与稳定性得到极大的提高，生产质量也得到一定的保障；
④将数控机床中广泛的应用机械设计，可以对自动换刀功能进行广泛推广，不仅提高了矿业加工效率还实现了数控机床的连续加工，还使得数控机床的工作质量得到进一步提高，为我国矿工业的发展创造有利的条件；
⑤数控机床中广泛的对机械设计进行应用，使主传动与进给传动可以独立运行，大大提高了数控机床的工作效率[2]。
3数控机床中对自动化技术的广泛应用
在数控机床中广泛的应用自动控制技术，不但可以使提高数控机床的自动运行能力，还极大的降低了工业成本的支出，大大提高了数控机床的运行成本以及运行效率。同时，PLC机电一体化需要计算机技术的辅助运行，有助于实现数控机床的自动化功能，如自动查询、自动输入等，极大的提高了数控机床的信息化、智能化的程度，还有助于提高了数控机床的工作效率。如果电器机床中广泛的应用PLC机电一体化技术，不仅可以拓展电器机床的发展空间还有助于获得良好的运行效果，对生产工艺有着一定的促进作用，使电气机床运行的可靠性以及安全性得到一定的提高。因此，在应用过程中，矿业生产企业应与机床的实际生产环境相结合，对其进行科学的开发，使其PLC的控制系统具有很强的智能性以及兼容性等特征，提高数控机床的工作效率以及使用单位的经济效益[3]。
4执行与驱动技术在数控机床中的应用
驱动装置以及执行元件作为驱动技术中的两个重要的运行载体，在PLC机电一体化技术以及数控机床中的应用具有一定的现实意义。数控机床在运行的过程中，数控装置与执行原件会自动连接，进而能够有
效的接收控制系统所发出的指令，有助于提高机床的工作效率。同时，执行原件还可通过机械外接口与执行机构进行合理连接，保障了使数控机床的主传动与进给传动功能，对动作的完成具有一定的规范作用。由此，我们可以得出合理的应用驱动技术，不仅可以提高数控机床的整体操作效果，还可以对数控机床的控制能力进行加强，提高了系统的运行能力。在数控机床中，伺候系统主要对中心系统进行传达与接收，进而可以很好的规范数控机床的运行能力。提高数控机床完成工作的效率，使工业生产质量得到有效的保障，为我国社会经济的发展奠定基础[4]。
5结语
综上所述，在数控机床中广泛的对PLC机电一体化进行应用，不仅丰富了数控机床的应用能力，提高机床的生产质量，还使得机床的运行效率得到极大的提高，为我国工业的发展创造有利的条件。因此，应将PLC机电一体化技术在矿业数控机床生产中进行大力的推广应用，加强对技术人员能力的培训，不断的规范生产流程，使我国现代工业得到快速发展。
参考文献:
[1]李玉.机电一体化技术的现状和发展趋势[J].工程技术(全文版),2016(08):237.
[2]琚爱云,王忠利.浅析机电一体化技术在数控机床上的应用[J].郑州铁路职业技术学院学报,2008,20(01):18-19.
[3]陈辉,王磊.机电一体化技术的现状及发展趋势[J].机械,2008,35(07):1-4.
[4]李瑞琴,邹慧君.机电一体化产品概念设计理论研究现状与发展展望[J].机械设计与研究,2003,19(03):10-13.
面向数控机床的绿色设计技术论文 篇六
[摘要]
伺服电机比步进电机性能更优越，随着现代电机控制理论的发展，伺服电机控制技术成为了机床数控系统的重要组成部分，并正朝着交流化、数字化、智能化方向发展。
[关键词]
数控系统伺服电机直接驱动
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597(2008)0820116－01
近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。
一、数控机床伺服系统
（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。
（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。
（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。
二、伺服电机控制性能优越
（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。
（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。
（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。
三、伺服电机控制展望
（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。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。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。
另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。
（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。
参考文献:
[1]《交流伺服电机控制技术的研究》,中国测试技术,郑列勤,2006.5.
[2]《数控机床及其使用维修》,机械工业出版社,卢斌,2005.2.
[3]《伺服电机控制技术》,机电技术,张初生,2006.5.28.
