數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)課件.ppt

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1、第六章?????數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)第一節(jié)?????概述一、?伺服系統(tǒng)的組成數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。主軸伺服系統(tǒng)用于控制機床主軸的轉(zhuǎn)動。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。返回課件首頁進給伺服系統(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

2、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。數(shù)控機床閉環(huán)進給系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，這是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán)由速度控制單元、速度檢測裝置等構(gòu)成。速度控制單元是一個獨立的單元部件，它是用來控制電機轉(zhuǎn)速的，是速度控制系統(tǒng)的核心。速度檢測裝置有測

3、速發(fā)電機、脈沖編碼器等。位置環(huán)是由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等部分組成。由速度檢測裝置提供速度反饋值的速度環(huán)控制在進給驅(qū)動裝置內(nèi)完成，而裝在電動機軸上或機床工作臺上的位置反饋裝置提供位置反饋值構(gòu)成的位置環(huán)由數(shù)控裝置來完成。伺服系統(tǒng)從外部來看，是一個以位置指令輸入和位置控制為輸出的位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。但從內(nèi)部的實際工作來看，它是先把位置控制指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度信號后，通過調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機，才實現(xiàn)實際位移的。位置控制模塊速度控制單元伺服電機工作臺位置檢測測量反饋速度環(huán)速度檢測位置

4、環(huán)圖6-1閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指令伺服驅(qū)動裝置二、對伺服系統(tǒng)的基本要求1.位移精度高伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復現(xiàn)輸入量的精確程度。伺服系統(tǒng)的位移精度是指指令脈沖要求機床工作臺進給的位移量和該指令脈沖經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為工作臺實際位移量之間的符合程度。兩者誤差愈小，位移精度愈高。2.穩(wěn)定性好穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達到新的或者恢復到原來平衡狀態(tài)的能力。要求伺服系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，保證進給速度均勻、平穩(wěn)。穩(wěn)定性直接影響數(shù)控加工精度和表面粗糙度。3.快速響應(yīng)快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)

5、品質(zhì)的重要指標，它反映了系統(tǒng)跟蹤精度。機床進給伺服系統(tǒng)實際上就是一種高精度的位置隨動系統(tǒng)，為保證輪廓切削形狀精度和低的表面粗糙度，要求伺服系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，跟隨誤差小。4.調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機械要求電機能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。在數(shù)控機床中，由于所用刀具、加工材料及零件加工要求的不同，為保證在各種情況下都能得到最佳切削條件，就要求伺服系統(tǒng)具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。5.低速大扭矩要求伺服系統(tǒng)有足夠的輸出扭矩或驅(qū)動功率。機床加工的特點是，在低速時進行重切削。因此，伺服系統(tǒng)在低速時要求有大的轉(zhuǎn)矩輸

6、出。三、伺服系統(tǒng)的分類數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按其控制原理和有無位置反饋裝置分為開環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按其用途和功能分為進給驅(qū)動系統(tǒng)和主軸驅(qū)動系統(tǒng)；按其驅(qū)動執(zhí)行元件的動作原理分為電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)和電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)。電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)又分為直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)及直線電動機伺服系統(tǒng)。（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。如圖6-2為開環(huán)伺服系統(tǒng)簡圖，步進電機轉(zhuǎn)過的角

7、度與指令脈沖個數(shù)成正比，其速度由進給脈沖的頻率決定。齒輪箱步進電機指令脈沖圖6-2開環(huán)伺服系統(tǒng)簡圖工作臺驅(qū)動控制線路閉環(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)的位置檢測裝置安裝在機床的工作臺上（圖6-1），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，

8、為間接測量(圖6-3)。即坐標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。指令+—-速度反饋位置反饋圖6-3半閉環(huán)伺服系統(tǒng)簡圖位置比較速度控制工作臺伺服電機（二）進給驅(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的控制系統(tǒng)，控制機床各