數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)ppt課件.ppt

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1、第7章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)7.1概述7.2伺服系統(tǒng)的分類7.3數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)裝置7.4典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)（位置控制）7.1概述數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱隨動(dòng)系統(tǒng)、拖動(dòng)系統(tǒng)或伺服機(jī)構(gòu)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說CNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢”，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。它忠實(shí)地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。7.1.1伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部

2、分組成：位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動(dòng)元件(電機(jī))、檢測與反饋單元和機(jī)械執(zhí)行部件。7.1.2伺服系統(tǒng)的基本要求（1）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，包括定位精度和輪廓加工精度。數(shù)控機(jī)床是按預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行加工的，不同于普通機(jī)床用手動(dòng)操作來調(diào)整和補(bǔ)償各種因素對加工精度的影響，故要求數(shù)控機(jī)床的實(shí)際位移與指令位移之差要小。（2）穩(wěn)定性好系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。7.1.2伺服系統(tǒng)的基本要求（3）快速響應(yīng)并無超調(diào)快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)

3、的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。這是對伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求，即在無超調(diào)的前提下，執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度的建立時(shí)間tp應(yīng)盡可能短。通常要求從0→Fmax(Fmax→0)，其時(shí)間應(yīng)小于200ms，且不能有超調(diào)，否則對機(jī)械部件不利，有害于加工質(zhì)量。tFtp7.1.2伺服系統(tǒng)的基本要求（4）調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍是指最高進(jìn)給速度和最低進(jìn)給速度之比。一般要求：（5）低速大轉(zhuǎn)矩進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)速度范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大

4、的輸出功率。7.1.2伺服系統(tǒng)的基本要求對伺服電機(jī)的要求:高精度、快反映、寬調(diào)速和大轉(zhuǎn)矩（1）電機(jī)從最低進(jìn)給速度到最高進(jìn)給速度范圍內(nèi)都能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小。（2）電機(jī)應(yīng)具有大的、較長時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。（3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)能在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到規(guī)定的速度。電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，盡可能小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和起動(dòng)電壓。（4）電機(jī)應(yīng)能承受頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。7.2伺服系統(tǒng)的分類開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)、電氣伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系

5、統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)脈沖/數(shù)字比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)、幅值比較伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)7.2.1按調(diào)節(jié)理論分類按照調(diào)節(jié)理論分：開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。開環(huán)最為簡單。由于可能發(fā)生“失步”現(xiàn)象，造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度和行程誤差。故該類控制方式，僅限于精度不高的經(jīng)濟(jì)型中、小數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)。半閉環(huán)的檢測裝置，安裝在伺服電動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)絲桿上，閉環(huán)則將其裝在運(yùn)動(dòng)部件上。由于絲桿螺距誤差以及受載后絲桿、軸承變形等影響，半閉環(huán)對檢測結(jié)果的校正并不完全，控制精度比閉環(huán)要低一些。閉環(huán)則用于精度要求較高的機(jī)

6、床，如高精度鏜銑加工中心7.2.2按使用的驅(qū)動(dòng)元件分類（1）電液伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件為液壓元件，其前一級為電氣元件。驅(qū)動(dòng)元件為液動(dòng)機(jī)和液壓缸，常用的有電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。特點(diǎn)：電液伺服系統(tǒng)具有在低速下可以得到很高的輸出力矩，以及剛性好，時(shí)間常數(shù)小、反映快和速度平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。然而，液壓系統(tǒng)需要油箱、油管等供油系統(tǒng)，體積大。此外，還有噪聲、漏油等問題。7.2.2按使用的驅(qū)動(dòng)元件分類（2）電氣伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)全部采用電子器件和電機(jī)部件，操作維護(hù)方便可靠性高.電氣伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)元件主要有步進(jìn)電機(jī),直流伺服電機(jī)和交流伺

7、服電機(jī)。特點(diǎn)：沒有液壓系統(tǒng)中的噪聲、污染和維修費(fèi)用高等問題.但反應(yīng)速度和低速力矩不如液壓系統(tǒng)高性能大大提高，已經(jīng)在更大范圍取代液壓伺服系統(tǒng)。7.2.3按使用的伺服電機(jī)分類（1）直流伺服系統(tǒng)常用的伺服電機(jī)有小慣量直流伺服電機(jī)和永磁直流伺服電機(jī)（也稱為大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī)）。小慣量伺服電機(jī)具有高的額定轉(zhuǎn)速、低的慣量和良好的快速性。在應(yīng)用時(shí)，要經(jīng)過中間機(jī)械傳動(dòng)（如齒輪副）才能與絲桿相連接。永磁直流伺服電機(jī)能在較大過載轉(zhuǎn)矩下長時(shí)間工作以及電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量較大，能直接與絲桿相連而不需中間傳動(dòng)裝置。此外，它還有一個(gè)特點(diǎn)是可在低

8、速下運(yùn)轉(zhuǎn)。由于電刷的限制轉(zhuǎn)速的不能提高很多，一般額定轉(zhuǎn)速為1000～1500r/min，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。7.2.3按使用的伺服電機(jī)分類（2）交流伺服系統(tǒng)可分為：交流伺服系統(tǒng)伺服電機(jī)和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服電機(jī)）。交流伺服電機(jī)不受應(yīng)用環(huán)境的限制，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。在同樣體積下，交流電機(jī)的輸出功率可比直流電