數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)ppt課件.ppt

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1、第五講數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系周蘭數(shù)控機(jī)床與使用維修本講主要內(nèi)容數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分類典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)引言數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機(jī)床本體間電傳動(dòng)聯(lián)系的環(huán)節(jié)，也是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。在數(shù)控機(jī)床中，伺服是指有關(guān)的傳動(dòng)或運(yùn)動(dòng)參數(shù)均嚴(yán)格按照數(shù)控裝置的控制指令實(shí)現(xiàn)，這些參數(shù)主要包括運(yùn)動(dòng)的速度、運(yùn)動(dòng)的方向和運(yùn)動(dòng)的起停位置等。數(shù)控機(jī)床的性能在很大程度上取決于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能。一、數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求1．可逆運(yùn)行可逆運(yùn)行要

2、求能靈活地正反向運(yùn)行。在加工過程中，機(jī)床工作臺(tái)處于隨動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)加工軌跡的要求，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動(dòng)。要求在方向變化時(shí)，不應(yīng)有反向間隙和運(yùn)動(dòng)損失。從能量角度看，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)能量的可逆轉(zhuǎn)換，即在加工運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收能量改變?yōu)闄C(jī)械能；在制動(dòng)時(shí)應(yīng)把電動(dòng)機(jī)的機(jī)械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。2．高精度數(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(duì)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?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的位移精度一般為0.01~0.001㎜，甚至可高達(dá)0.1μm，以保證加工質(zhì)量的一致性，保證復(fù)雜曲線、曲面零件的加工精度。

3、3．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。由于加工所用刀具、被加工零件材質(zhì)以及零件加工要求的變化范圍很廣，為了保證在所有加工情況下都能得到最佳的切削條件和加工質(zhì)量，要求進(jìn)給速度能在很大的范圍內(nèi)變化，即有很大的調(diào)速范圍。目前最先進(jìn)水平是在脈沖當(dāng)量或最小設(shè)定單位為1μm的情況下，進(jìn)給速度能在0～240m／min的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。一般數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度能在0～240m／min的范圍之內(nèi)連續(xù)可調(diào)并能滿足加工要求。在這一調(diào)速范圍內(nèi)，要求速度均勻、穩(wěn)定，低速時(shí)無爬行。還要求在零速時(shí)伺服電機(jī)處于電磁鎖住狀態(tài)，以保證定位精度不變。4．快速響應(yīng)并無超調(diào)要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟

4、蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快。伺服系統(tǒng)處于頻繁地啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等動(dòng)態(tài)過程中，為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，則要求加、減速度足夠大，以縮短過渡過程時(shí)間。當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，過渡過程前沿要陡，恢復(fù)時(shí)間要短，且無振蕩。這樣才能得到光滑的加工表面。5．低速大轉(zhuǎn)矩機(jī)床加工，大多是低速時(shí)進(jìn)行切削，即在低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成框圖：1．組成是一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。２．位置環(huán)位置環(huán)的輸入信號(hào)是計(jì)算機(jī)給出的指令信號(hào)和位置檢測裝置反饋的位置信號(hào)，這個(gè)反饋是一個(gè)負(fù)反饋，即與指令信號(hào)的相位相反。指令信號(hào)是向位置環(huán)送去加數(shù)，而反饋信號(hào)向位

5、置環(huán)送去減數(shù)。位置檢測裝置通常有光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵尺、感應(yīng)同步器或磁柵尺等。它們或者直接對(duì)位移進(jìn)行檢測，或者間接對(duì)位移進(jìn)行檢測。３．速度環(huán)速度環(huán)是一個(gè)非常重要的環(huán)，由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器及功率放大器等部分組成。它的輸入信號(hào)有兩個(gè)：一個(gè)是位置環(huán)的輸出，作為速度環(huán)的指令信號(hào)送給速度環(huán)；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置測得的速度信號(hào)作為負(fù)反饋送給速度環(huán)。速度環(huán)中用作速度反饋檢測的裝置通常為測速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等。三、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分類1．開環(huán)伺服系統(tǒng)（１）開環(huán)伺服系統(tǒng)是最簡單的進(jìn)給伺服系統(tǒng)，無位置反饋環(huán)節(jié)。伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖電機(jī)等。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指

6、令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。1．開環(huán)伺服系統(tǒng)（２）控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。系統(tǒng)的位移精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度、齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度以及系統(tǒng)的摩擦阻尼特性等。開環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試、維修方便，成本低廉，但精度差，一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。開環(huán)伺服系統(tǒng)示意圖2．閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)所用的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是直流或交流伺服電機(jī)以及電液伺服閥—液壓馬達(dá)。與開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)最主要的區(qū)別是：安裝在執(zhí)行部件上的位置檢測裝置，測量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量并轉(zhuǎn)換成

7、電脈沖，反饋到輸入端并與輸人位置指令信號(hào)進(jìn)行比較，求得誤差，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。由于采用了位置檢測反饋裝置，所以閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位移精度主要取決于檢測裝置的精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01mm～±0.005mm。閉環(huán)伺服系統(tǒng)示意圖3．半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)是將檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。閉環(huán)系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)系統(tǒng)只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部分元件的誤差。半閉環(huán)系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些，