第二讲道客巴巴数控机床的伺服系统ppt课件.ppt

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1、第二讲数控机床的伺服系统在这一讲，我们一起学习数控机床对进给伺服系统的要求数控伺服驱动系统的分类步进电机驱动系统交流伺服系统一、伺服驱动概述伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。如果说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。伺服系统接收来自数控装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动数控机床各加工坐标轴运动。这些轴

2、有的带动工作台，有的直接带动刀架，通过几个坐标轴的综合联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出所要求的零件形状。1、伺服系统的组成数控机床伺服系统一般由位置检测装置、位置控制模块、伺服驱动装置、伺服电动机及机床进给传动链组成，（如图4.1所示。）图4.1闭环伺服系统组成闭环伺服系统的一般结构通常由位置环和速度环组成。速度环速度控制单元是一个独立的单元部件，它由伺服电动机、伺服驱动装置、测速装置及速度反馈组成；位置环由数控系统中的位置控制模块、位置检测装置及位置反馈组成。在伺服系统

3、位置控制中，来自数控装置插补运算得到的位置指令，与位置检测装置反馈来的机床坐标轴的实际位置相比较，形成位置偏差，经变换为伺服装置提供控制电压，驱动工作台向误差减小的方向移动。在速度控制中，伺服驱动装置根据速度给定电压和速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行控制，以驱动机床进给传动部件。2、数控机床对进给伺服系统的要求数控机床进给伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的效率及精度的高低。为此数控机床对进给伺服系统的位置控制、速度控制、以及伺服电动机、机械传动等方面都有很高的要求。具体来说有这

4、样一些要求：1）可逆运行在加工过程中，机床工作台根据加工轨迹的要求，随时都可能实现正向或反向运动。从能量角度看，应该实现能量的可逆转换，即在加工运行时，电动机从电网吸收能量变为机械能；在制动时应把电动机的机械惯性能量变为电能回馈给电网，以实现快速制动。2）速度范围宽为适应不同的加工条件，数控机床要求进给能在很宽的范围内无级变化。这就要求伺服电动机有很宽的调速范围和优异的调速特性。对一般数控机床而言，进给速度范围在0～24m／min时，就可满足加工要求。3）具有足够的传动刚性和高的速度稳定性伺服系

5、统在不同的负载情况下或切削条件发生变化时，也就是工件重量发生变化或加工时吃刀深度发生变化时，伺服系统应使刀具进给速度保持恒定。刚性良好的伺服系统系统，速度受负载力矩变化的影响很小。通常情况，数控机床要求承受的额定力矩变化时，静态速降(静态速降指的是伺服系统带负载运行时的转速和理想空载转速之差)应小于5％，动态速降(动态速降指伺服系统在承受突加负载时因电机轴力矩与承受的突加负载不相适应而造成的短时速度陡降超调现象)应小于10％。4）快速响应无超调数控机床在加工时，为了保证轮廓切削形状精度和提高零件

6、表面光洁度，对位置伺服系统既要求有较高的定位精度，还要求有良好的快速响应特性。这就对伺服系统的动态性能提出两方面的要求：一方面，在伺服系统处于频繁地启动、制动、加速、减速等动态过程中，为了提高生产效率和保证加工质量，要求加速度、减速度足够大，以缩短过渡过程时间，一般电动机速度由零到最大，或从最大减少到零，过渡时间应控制在200ms以下，甚至少于几十毫秒，而且速度变化时不应有超调（超过给定速度值）；另一方面，当负载突变时，过渡过程恢复时间要短且无振荡，这样才能得到光滑的加工表面。5）高精度要满足数

7、控加工精度的要求，关键是保证数控机床的定位精度和进给跟随精度。位置伺服系统的定位精度一般要求能达到1μm甚至0.1μm，相应地，对伺服系统的分辨力也提出了要求，什么是伺服系统的分辨力呢？就是当伺服系统接受数控装置送来的一个脉冲时，工作台相应移动的单位距离叫分辨力，也称脉冲当量。系统分辨力取决于伺服系统稳定工作性能和所使用的位置检测元件。目前的闭环伺服系统都能达到1μm的分辨力。高精度数控机床可达到0.1μm的分辨力甚至更小。6）低速大转矩数控机床的切削加工一般在工作台低速时进行，所以低速时进给驱

8、动要有大的转矩输出，以满足低速进给切削的要求。二、伺服系统的分类1.按执行机构的控制方式分类1)开环伺服系统开环伺服系统没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流程是单向的，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机的性能，开环伺服系统所用的电动机主要是步进电动机。移动部件的速度与位移是由输入脉冲的频率和脉冲数决定的，位移精度主要决定于该系统各有关零部件的精度。按控制原理和有无检测反馈环分类：开环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统按使用的伺服电动机类型分类：直流伺服系统交流伺服系统开环控制的优点是：结构