数控机床主轴与伺服系统的协同要求

1.数控铣床主轴部件

数控铣床主轴电动机通过同步带副将运动传递到主轴，主电动机为变频调速三相异步电动机，由变频器控制其速度的变化，从而使主轴实现无级调速，主轴转速范围为250～6000r/min。

现代数控铣床的主轴开启与停止、主轴正反转与主轴变速等都可以按程序介质上编入的程序自动执行。不同的机床其变速功能与范围也不同。有的采用变频机组 (目前已很少采用)，固定几种转速，可任选一种编入程序，但不能在运转时改变;有的采用变频器调速，将转速分为几档，程编时可任选一档，在运转中可通过控制面板上的旋钮在本档范围内自由调节;有的则不分档，程编可在整个调速范围内任选一值，在主轴运转中可以在全速范围内进行无级调整，但从安全角度考虑，每次只能调高或调低在允许的范围内，不能有大起大落的突变。在数控铣床的主轴套筒内一般都设有自动拉、退刀装置，能在数秒内完成装刀与卸刀，使换刀显得较方便。此外，多坐标数控铣床的主轴可以绕X、Y或Z轴作数控摆动，也有的数控铣床带有万能主轴头，扩大了主轴自身的运动范围，但主轴结构更加复杂。

2.数控机床主轴对伺服系统的要求

数控机床的技术水平依赖于进给和主轴伺服系统的性能，因此，数控机床对伺服系统的位置控制、速度控制及伺服电机主要有下述要求。

1)进给调速范围要宽

调速范围rh是伺服电机的最高转速与最低转速之比，即rh=nmax/nmin。为适应不同零件及不同加工工艺方法对主轴参数的要求，数控机床的主轴伺服系统应能在很宽的范围内实现调速。

2)位置精度要高

为满足加工高精度零件的需要，关键之一是要保证数控机床的定位精度和进给跟踪精度。数控机床位置伺服系统的定位精度一般要求达到lμm，甚至 0.1μm。相应地，对伺服系统的分辨率也提出了要求。伺服系统接受CNC送来的一个脉冲，工作台相应移动的距离称为分辨率。系统分辨率取决于系统的稳定工作性能和所使用的位置检测元件。

3)速度响应要快

为了保证零件尺寸、形状精度和获得低的表面粗糙度值，要求伺服系统除具有较高的定位精度外，还应有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。一方面伺服系统加减速过渡过程时间要短;另一方面是恢复时间要短，且无振荡。

4)低速时大转矩输出

数控机床切削加工，一般低速时为大切削量(切削深度和宽度)，要求伺服驱动系统在低速进给时，要有大的输出转矩。