第五章 进给伺服系统ppt课件.ppt

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1、第五章进给伺服系统提要本章介绍进给伺服系统的构成及工作原理，叙述步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等伺服驱动元件的结构及调速方法，阐述开环伺服系统、闭环伺服系统的构成及控制原理。学时：4学时第五章进给伺服系统目标掌握伺服系统的功能、分类及其特点：数控机床对伺服系统的要求掌握开环伺服系统的组成及工作原理了解和掌握步进电机的结构、工作原理、脉冲分配方式了解直流和交流伺服电机位置控制原理第五章进给伺服系统建议本章内容既有理论分析，又有实验研究。学习中，应特别注意各种伺服驱动元件的调速方法和调速原理，了解各种驱动元件之间的性能比较及其应用场合。第五章进给伺服系统第一节概述伺服系统是指以机械位置或

2、角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。该系统包括了大量的电力电子器件，结构复杂，综合性强。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进给伺服系统的作用接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机和机械传动机构，驱动机床的工作台

3、等执行部件实现工作进给或快速运动。进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。如把数控装置比作数控机床“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，则伺服系统就是数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机构。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；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测与反馈单元；机械执行部件。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈第一节概述图5-1进给伺服系统组成NC机床对数控进给伺服系统的要求调速范围要宽且要有良

4、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。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。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。这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。tF△t△F响应速度快且无超调这是对伺服系统动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的

5、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。tFtp能可逆运行和频繁灵活启停。系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。综上所述：对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。数控机床的伺服系统按其控制原理和有无位置反馈装置分为开环和闭环伺服系统；按其用途和功能分为进给伺服系统和主轴伺服系统；按其驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统、交流伺服驱动系统及直线电动机伺服系统。第二节伺服系统的分类开环伺服

6、系统采用步进电机作为驱动元件，没有位置反馈回路和速度反馈回路，因此设备投资低，调试维修方便，但精度差，高速扭矩小，主要用于中、低档数控机床及普通机床改造。步进电机转过的角度与指令脉冲个数成正比，其速度由进给脉冲的频率决定。特点：没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大开环伺服系统半闭环伺服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。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与

7、反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈全闭环伺服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。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈进给驱动系统与主轴驱动系统进给伺服系统包括速度控制环和位置控制环，用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控