文档介绍：30 (包括转台)的进给是用伺服机构驱动的,目前都是电气化的,是用伺服电动机驱动的,而且多数都是用同步电动机。电动机与滚珠丝杠直接连接(如下图) ,这样由于传动链短, 运动损失( lost motion )小,且反应迅速,因此可获得高精度。机床的进给伺服属于位置控制伺服系统。如下图所示,C 插补器、在每个插补周期内串行输出的位置脉冲。脉冲数表示位置的移动量(通常是一个脉冲为 1 μm------ 即系统的分辨率为 1 μ m );脉冲的频率(即在单位时间内输出的脉冲数的多少)表示进给的速度;脉冲的符号表示轴的进给方向, 通常是将脉冲直接送往不同伺服轴的指令输入口。下图只画出了一个进给轴,实际的机床有几个轴,但是控制原理都是一样的。几个轴在同一插补周期内接收到插补指令时,由于在同一时间内的进给量不同,进給速度不同,运动方向不同,其合成的运动就是曲线,刀具依此曲线轨迹运动即可加工出程序所要求的工件轮廓。对进给伺服的要求不只是静态特性,如:停止时的定位精度、稳定度。更重要的是进给的伺服刚性好,响应性快,运动的稳定性好,分辨率高。这样才能高速、高精度地加工出表面光滑的高质量工件。 1. 伺服系统的结构类型伺服系统分为开环和闭环两种结构。开环: 所谓开环,就是没有位置反馈的伺服系统。这种结构的电气系统都用步进电动机驱动,如下图所示。由于没有速度和位置的反馈,所以跟随精度差,响应性差,因此加工精度差,效率低。开环伺服系统 31 另外由于步进电动机控制原理及本身的结构等原因:运行及定位速度不高,控制性不好,易丢失控制脉冲,响应性差、效率低等,C 机床工作台的驱动控制。闭环: 闭环是有被控元件的位置反馈的伺服系统。系统的构成包括:执行元件------ 伺服电动机(一般与滚珠丝杠直接连接) ;速度控制器和位置控制器,C 插补器的输出指令(如下面的图所示) 。根据使用的位置反馈元件的种类:回转式还是直线式以及位置反馈元件的机械安装部位,闭环系统从机械使用角度又可分为半闭环、闭环和混合式闭环,如下图。①. 半闭环: 如上图所示:这种结构,使用回转运动的脉冲编码器(光码盘) ,并将其安装于电动机轴上或滚珠丝杠上(远离电机轴的一端) 。因此,编码器只能随着电动机的回转,测量电动机轴或滚珠丝杠转过的角度。但是,工作台是带动工件作直线运动的,位置检测器应该实测其直线移动量,并将其反馈至位置控制器。因为编码器不是直接测量工作台的直线移动,需经滚珠丝杠和螺母将丝杠的转角转换为直线位移,属于被控元件(这里是直线运动的工作台)的被控量(这里是位置量)的间接测量,就称之为半闭环。就是说进给传动链上有一部份元件没有闭在环内(如图中的滚珠螺母和工作台) ,因此会造成反馈量(实际位置)的测量误差,以至于影响整个伺服系统环路的控制误差。图中,电机轴与滚珠丝杠间的耦合,滚珠丝杠与螺母间的反向时的间隙,丝杠、工作台的变形等等引起的运动误差,编码器均未测到。因此,这种结构从理论上讲,伺服的跟随精度不如全闭环高。闭环伺服系统的结构 32 由图中可见,其中的编码器既作为电动机的速度反馈,以维持电动机转速的恒定,从而使工作台的进给速度恒定;又作为被控元件的位置反馈。作速度反馈时,是将电动机的转速以单位时间内的脉冲数表示、将其反馈至速度控制器,与指令速度进行比较。作位置反馈时,是将实测的脉冲个数反馈至位置控制器,C 输出的位置指令值比较,用求出的位置误差作为位置环路的控制量。②. 全闭环: 这种结构使用直线尺(通常使用直线光栅尺)作为位置测量元件,并将其安装于工作台的侧面, 随工作台一起运动。因此, 能够直接测量出工作台的实际移动量(称之为直接测量) 。整个传动链上的所有元件全部被包括于闭环内,故测量精度高,因之伺服的控制精度也就高。此种结构中,装在电动机轴上的编码器只用于电动机的速度反馈,位置量的反馈使用直线光栅尺。③. 混合控制闭环(双闭环) :这种结构中,位置量的测量同时使用了两种元件:脉冲编码器和直线光栅尺。另外,编码器还和半闭环一样,同时兼用于速度反馈(如上图所示) 。由于有两种位置反馈,故系统精度较高,跟随性好。上述三种结构, 尽管全闭环达到的精度较高, 但是使用的还是比较少, 其原因是调试比较困难, 特别是当机床的机械刚性较差,如:丝杠细而长、工作台和导轨间的摩擦大、工作台较重、使用蜗轮/蜗杆传动、装配时机件间的间隙较大时,极易引起传动链的震动,因而无法调试。使用全闭环系统,对机床的机械元、部件的结构设计,机件的变形,机件的制造精度,传动部件的装配精度要求都较高。鉴于此种原因,一般机床都使用半闭环结构。这种结构对机械要求一般,调试比较容易。其伺服传动的精度可以用反向间隙补偿和滚珠丝杠的螺距误差补偿功能加以弥补。在大型机床或是要求高精度的机床上可