《數(shù)控機床伺服系統(tǒng)》PPT課件

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1、第七章數(shù)控機床伺服系統(tǒng)返回課件首頁第一節(jié)概述一、伺服系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)控伺服系統(tǒng)由伺服電動機、驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路、電力電子驅(qū)動放大模塊、電流調(diào)解單元、速度調(diào)解單元、位置調(diào)解單元和相應(yīng)的檢測裝置等組成。一般閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖7－1所示。知識一個三環(huán)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，外環(huán)是位置環(huán)，中環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。二、伺服系統(tǒng)的分類1.按控制原理分：（1）開環(huán)進給伺服控制（2）半閉環(huán)開環(huán)進給伺服控制（3）閉環(huán)開環(huán)進給伺服控制2.按被控對象分：（1）進給伺服系統(tǒng)（2）主軸伺服系統(tǒng)3.按使用的執(zhí)行元件分：（1）電液伺服系統(tǒng)（2）

2、電氣伺服系統(tǒng)1）直流伺服系統(tǒng)2）交流伺服系統(tǒng)二、伺服系統(tǒng)的分類3.按反饋比較控制方式分：（1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)（2）相位比較系統(tǒng)（3）幅值比較系統(tǒng)（4）全數(shù)字伺服系統(tǒng)三、數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求1.精度高2.穩(wěn)定性好3.快速響應(yīng)4.調(diào)速范圍5.低速大轉(zhuǎn)矩（一）開環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進電機作為驅(qū)動元件，它沒有位置反饋回路和速度反饋回路，因此設(shè)備投資低，調(diào)試維修方便，但精度差，高速扭矩小，被用于中、低檔數(shù)控機床及普通機床改造。如下圖為開環(huán)伺服系統(tǒng)簡圖，步進電機轉(zhuǎn)過的角度與指令脈沖個數(shù)成正比，

3、其速度由進給脈沖的頻率決定。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。閉環(huán)伺服系統(tǒng)又可進一步分為閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位

4、置檢測裝置安裝在機床的工作臺上，檢測裝置測出實際位移量或者實際所處位置，并將測量值反饋給CNC裝置，與指令進行比較，求得差值，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。閉環(huán)方式被大量用在精度要求較高的大型數(shù)控機床上。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)一般將位置檢測元件安裝在電動機軸上，用以精確控制電機的角度，然后通過滾珠絲杠等傳動部件，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺的位移，為間接測量。即坐標(biāo)運動的傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動誤差沒有得到系統(tǒng)的補償，因而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。目前在精度要求適中的中小型數(shù)控機床上，使用半閉環(huán)系統(tǒng)較多。（二）進

5、給驅(qū)動與主軸驅(qū)動進給伺服系統(tǒng)包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)，用于數(shù)控機床工作臺或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機床各坐標(biāo)軸的切削進給運動，并提供切削過程所需轉(zhuǎn)矩。主軸伺服系統(tǒng)只是一個速度控制系統(tǒng)，控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動，為機床主軸提供驅(qū)動功率和所需的切削力，且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。進給伺服系統(tǒng)是以機床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動裝置、伺服電機、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。進給伺服系統(tǒng)的作用：接受數(shù)控裝置發(fā)出的進給速度和位移指令信號，由伺服驅(qū)動裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電

6、機（直流、交流伺服電機、功率步進電機等）和機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給或快速運動。數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。如果把數(shù)控裝置比作數(shù)控機床的“大腦”，是發(fā)布“命令”的指揮機構(gòu)，那么伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機床的“四肢”，是執(zhí)行“命令”的機構(gòu)，它是一個不折不扣的跟隨者。（三）直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)與直線電動機伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)就是控制直流電機的系統(tǒng)。目前使用比較多的是永磁式直流伺服電機。永磁直流伺服

7、電機（也稱為大慣量寬調(diào)速直流伺服電機），調(diào)速范圍寬，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，而且電機轉(zhuǎn)動慣量較大，應(yīng)用較方便。但直流電機有電刷，限制了轉(zhuǎn)速的提高，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格也高。進入80年代后，由于交流電機調(diào)速技術(shù)的突破，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)進入電氣傳動調(diào)速控制的各個領(lǐng)域。交流伺服電機，轉(zhuǎn)子慣量比直流電機小，動態(tài)響應(yīng)好。而且容易維修，制造簡單，適合于在較惡劣環(huán)境中使用，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，其性能更加優(yōu)異，已達(dá)到或超過直流伺服系統(tǒng)，交流伺服電機已在數(shù)控機床中得到廣泛應(yīng)用。直線電動機的實質(zhì)是把旋轉(zhuǎn)電動機沿徑向剖開

8、，然后拉直演變而成，利用電磁作用原理，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動動能的一種推力裝置，是一種較為理想的驅(qū)動裝置。在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與旋轉(zhuǎn)電動機的最大區(qū)別是取消了從電動機到工作臺之間的機械傳動環(huán)節(jié)，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零。正由于這種傳動方式，帶來了旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動方式無法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點由于直線電動機在機床中的應(yīng)用目前還處于初級階段，還有待進一步研究和改進。隨著各相關(guān)配套技術(shù)的發(fā)展和直線