数控机床伺服系统方案.doc

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1、第6章数控机床伺服系统进给伺服系统是数控系统主要的子系统。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。第一节概述.进给伺服系统的定义及组成.定义：进给伺服系统(FeedServoSystem)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。一、进给伺服系统的定义及组成组成：进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位置控制单元；速度

2、控制单元；驱动元件(电机)；检测与反馈单元；机械执行部件。３、进给伺服驱动系统由进给伺服系统中的驱动电机及其控制和驱动装置组成。４、驱动电机是进给系统的动力部件，它提供执行部分运动所需的动力，在数控机床上常用的电机有：步进电机直流伺服电机交流伺服电机直线电机。５、速度单元是上述驱动电机及其控制和驱动装置，通常驱动电机与速度控制单元是相互配套供应的，其性能参数都是进行了相互匹配，这样才能获得高性能的系统指标。６、速度控制单元主要作用：接受来自位置控制单元的速度指令信号，对其进行适当的调节运算(目的

3、是稳速)，将其变换成电机转速的控制量(频率，电压等)，再经功率放大部件将其变换成电机的驱动电量，使驱动电机按要求运行。简言之：调节、变换、功放。７、进给驱动系统的特点（与主运动（主轴）系统比较）：q功率相对较小；q控制精度要求高；q控制性能要求高，尤其是动态性能。二、NC机床对数控进给伺服系统的要求1.调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内)调速范围：一般要求：稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。调速范围：一般要求：2.稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低

4、速时的平稳性显得特别重要。输出位置精度要高静态：定位精度和重复定位精度要高，即定位误差和重复定位误差要小。(尺寸精度)动态：跟随精度，这是动态性能指标，用跟随误差表示。(轮廓精度)灵敏度要高，有足够高的分辩率。3.负载特性要硬在系统负载范围内，当负载变化时，输出速度应基本不变。即△F尽可能小；当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振荡。即△t尽可能短；应有足够的过载能力，以满足低速大转矩的要求。（高速恒功率，低速恒转矩）这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。4.响应速度快且无超调这是对伺服系统

5、动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的建立时间tp应尽可能短。通常要求从0→Fmax（Fmax→0），其时间应小于200ms，且不能有超调，否则对机械部件不利，有害于加工质量。5.系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。6.能可逆运行和频繁灵活启停。综上所述：q对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；q对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。开环数控系统–无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。–一般以功率步进电机作为伺

6、服驱动元件。–这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。半闭环数控系统半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好

7、。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。全闭环数控系统全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大

8、型的数控机床等。2．按使用的执行元件分类（1）电液伺服系统电液脉冲马达和电液伺服马达。优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳。缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。（2）电气伺服系统伺服电机（步进电机、直流电机和交流电机）优点：操作维护方便，可靠性高。1）直流伺服系统进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺服电机。优点：调速性能好。缺点：有电刷，速度不高。2）交流伺服系统交流感应异步伺服电机（一般用