数控机床的伺服系统发展应用.doc

《数控机床的伺服系统发展应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、数控机床的伺服系统发展应用20世纪50年代出现数控机床以来，作为数控机床重要组成部分的伺服系统，随看新材料、电了电力、控制理论等相关技术的发展，经历了从步进伺服系统到直流伺服系统再到今天的交流伺服系统的过程。交流伺服技术的LI益发展，交流伺服系统将逐步全面取代直流伺服系统。数控(NumericalControl)是数控技术的简称。它是利用数字化的信息对机床及加工过稈进行控制的一种方法。数控系统是数控机床的重要部分，它随着计算机技术的发展而发展。现在的数控系统都是由计算机完成以前驶件数控所做的工作，为特别强调，有时也称为计算机数字控制系统

2、。计算机数字控制CNC(ComputerNumericalControl)系统是以微处理器技术为特征，并随着电了技术、计算机技术、数控技术、通讯技术以及精密测量技术的发展而不断发展完善的一种先进加工制造系统。CNC系统框图见图1所示，它由数控程序、输入输出设备、操作面板、CNC装备、可编稈控制器(PLC)、主轴伺服系统、进给伺服系统、检测装备和一些电气辅助装置等组成。伺服系统是以驱动装置一电机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下纽•成的电气传动自动控制系统，它包括伺服驱动器和伺服电机。数控

3、机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号，驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统。数控机床的伺服系统发展与分类数控机床的伺服系统应满足以下基木要求：精度高数控机床不可能像传统机床那样用于动操作来调整和补偿各种误并，因此它要求很高的泄位精度和重复定位精度。KC榜作1W■进炉电枫一^诵入竣出没备图1CNC系统框图快速响应特性好快速响应是伺服系统动态品质的标志Z—。它要求伺服系统跟随指令信号不仅跟随误羌小，而且响应要快，稳定性要好。

4、在系统给定输入后，能在短暂的调节Z后达到新的平衡或是受到外界干扰作用下能迅速恢复原来的平衡状态。调速范围大由于T件材料、刀具以及加T要求不同，要保证数控机床在任何情况下祁能得到战佳的切削条件，伺服系统就必须有足够的调速范用，既能满足高速加工要求，又能满足低速进给要求。调速范围一般大于l:10000o而且在低速切削时，还要求有较大稳定的转矩输出。系统可靠性要好数控机床的使用率要求很高，常常是24小时连续工作不能停机，因而要求工作可靠。数控机床伺服系统的基本纽•成如图2所示。数控机床的伺服系统按有无反馈检测元件分为开环控制系统和闭环控制系统

5、。驱动控制单元是将进给指令转化为执行元件所需要的信号，执行元件将该信号转为机械位移。开环控制系统没有反馈检测元件和比较控制环节，这些是闭环控制系统必须的部分。图2伺服系统的某木纽.成伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统。按有无反馈检测元件分为开环控制系统和闭环控制系统。按执行元件的不同，分为步进伺服系统、直流伺服系统和交流伺服系统。步进伺服系统在20世纪60年代以前，步进伺服系统是以步进电机驱动的液压伺服电动机或是以功率步进电机直接驱动为特征，伺服系统采用开环控制。步进伺服系统接受脉冲信号，它的转速和转过的角度取决于指令脉

6、冲的频率或个数。由于没有检测和反馈环节，步进电机的精度取决于步距角的精度，齿轮传动间隙等，所以它的精度较低。而且步进电机在低频时易出现振动现象，它的输出力矩随转速升高而下降。又由于步进伺服系统为开环控制，步进电机在启动频率过高或负载过大时易出现“丢步”或“堵转”现彖，停止时转速过高容易出现过冲的现彖。另外步进电机从静止加速到工作转速需要的时间也较长，速度响应较慢。但是由于其结构简单，易于调粥，工作可靠，价格较低的特点，在许多要求不高的场合还是可以应用的。育流伺服系统6()〜70年代后，数控系统大多采用宜流伺服系统。貞流伺服电机具有良好的

7、宽调速性能。输出转矩大，过载能力强，伺服系统也由开环控制发展为闭环控制，因而在工业及相关领域获得了更加广泛的运用。但是，随着现代工业的快速发展，英相应设备如精密数控机床、工业机器人等对电伺服系统提出越来越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而传统直流电动机采川的是机械式换向器，在丿、''/：川过程屮面临很多问题，如电刷和换向器易磨损，维护匸作量大，成木高;换向器换向时会产生火花，使电机的最高转速及应用环境受到限制;直流电机结构复杂、成木高、对其他设备易产生干扰。这些问题的存在，限制了右•流伺服系统在高精度、高性能要求伺服驱动场合的应用。

8、交流伺服系统针对直流电动机的缺点，人们一直在努力寻求以交流伺服电动机取代具有机械换向器和电刷的頁流伺服电动机的方法，以满足各种应用领域，尤其是高精度、高性能伺服驱动领域的需要。但是由于交流电机具有强耦合，非