數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)課件.ppt

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1、第六章?????數(shù)控機(jī)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(jī)床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進(jìn)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(jī)床主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)部件（如工作臺(tái)）的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。返回課件首頁(yè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用：接受數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機(jī)（直流、交流伺服電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)等）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作

2、進(jìn)給或快速運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)能根據(jù)指令信號(hào)精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度與位置，以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)所合成的運(yùn)動(dòng)軌跡。如果把數(shù)控裝置比作數(shù)控機(jī)床的“大腦”，是發(fā)布“命令”的指揮機(jī)構(gòu)，那么伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機(jī)床的“四肢”，是執(zhí)行“命令”的機(jī)構(gòu)，它是一個(gè)不折不扣的跟隨者。數(shù)控機(jī)床閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，這是一個(gè)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(cè)裝置等構(gòu)成。速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它是用來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的，是速度控制系統(tǒng)的核心。速度檢測(cè)裝置有測(cè)

3、速發(fā)電機(jī)、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(cè)及反饋控制等部分組成。由速度檢測(cè)裝置提供速度反饋值的速度環(huán)控制在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)完成，而裝在電動(dòng)機(jī)軸上或機(jī)床工作臺(tái)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(lái)完成。伺服系統(tǒng)從外部來(lái)看，是一個(gè)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(shí)際工作來(lái)看，它是先把位置控制指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度信號(hào)后，通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，才實(shí)現(xiàn)實(shí)際位移的。位置控制模塊速度控制單元伺服電機(jī)工作臺(tái)位置檢測(cè)測(cè)量反饋速度環(huán)速度檢測(cè)位置

4、環(huán)圖6-1閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指令伺服驅(qū)動(dòng)裝置二、對(duì)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(fù)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(jī)床工作臺(tái)進(jìn)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(tái)實(shí)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(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)的能力。要求伺服系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證進(jìn)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(dòng)態(tài)

5、品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)跟蹤精度。機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)際上就是一種高精度的位置隨動(dòng)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(hào)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(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。在數(shù)控機(jī)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(dòng)功率。機(jī)床加工的特點(diǎn)是，在低速時(shí)進(jìn)行重切削。因此，伺服系統(tǒng)在低速時(shí)要求有大的轉(zhuǎn)矩輸

6、出。三、伺服系統(tǒng)的分類(lèi)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)按其控制原理和有無(wú)位置反饋裝置分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按其用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；按其驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理分為電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又分為直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及直線電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。（一）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，它沒(méi)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(jī)床及普通機(jī)床改造。如圖6-2為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角

7、度與指令脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度由進(jìn)給脈沖的頻率決定。齒輪箱步進(jìn)電機(jī)指令脈沖圖6-2開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制線路閉環(huán)伺服系統(tǒng)又可進(jìn)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(cè)裝置安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上（圖6-1），檢測(cè)裝置測(cè)出實(shí)際位移量或者實(shí)際所處位置，并將測(cè)量值反饋給CNC裝置，與指令進(jìn)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(jī)床上。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)一般將位置檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)軸上，用以精確控制電機(jī)的角度，然后通過(guò)滾珠絲杠等傳動(dòng)部件，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)的位移，

8、為間接測(cè)量(圖6-3)。即坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動(dòng)誤差沒(méi)有得到系統(tǒng)的補(bǔ)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(jī)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(jiǎn)圖位置比較速度控制工作臺(tái)伺服電機(jī)（二）進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)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(jī)床工作臺(tái)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各