文档介绍：第6章数控伺服系统
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。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。
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。
伺服系统是数控机床的重要组成部分。伺服系统位于数控机床数控系统与机床主体之间,伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节。伺服系统的作用示意图见下图。
伺服系统
机床
CNC系统
指令
动作
脉冲频率
脉冲数量
速度
位置
伺服系统的作用示意图
伺服系统结构图
伺服系统的主要功能就是从数控系统接收微小的电控信号(5V左右,mA级),放大成强电的驱动信号(几十、上百伏、安培级),用以驱动伺服系统的执行元件——伺服电动机,将电控信号的变化,转换成电动机输出轴的角位移或角速度的变化,从而带动机床主体部件(如工作台、主轴或刀具进给等)运动,实现对机床主体运动的速度控制和位置控制,达到加工出所需工件的外形和尺寸的最终目标。
伺服系统的组成
组成:伺服电机、驱动信号控制转换电路、电子电力驱动放大模块、位置调节单元、速度调节单元、电流调节单元、检测装置。
一般闭环系统为三环结构:位置环、速度环、电流环。
位置调解
速度调解
电流调解
转换驱动
工作台
电流反馈
速度反馈
位置反馈
M
G
位置、速度和电流环均由:调节控制模块、检测和反馈部分组成。电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率放大器组成。
严格来说:位置控制包括位置、速度和电流控制;速度控制包括速度和电流控制。
对伺服系统的基本要求
⑴精度高
伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。包括定位精度和轮廓加工精度。
为了保证数控机床的加工精度,除了要求数控系统精度和机床机械精度有足够高以外,还要求具有足够高的伺服系统定位精度和进给跟踪精度,并且还起着主要作用。~;。
⑵稳定性好
稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下,能在短暂的调节过程后,达到新的或者恢复到原来的平衡状态。直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。
要求伺服系统有较高的可靠性、稳定性,并且受电源、环境、负载等的影响要小。还要具有足够的传动刚性和速度稳定性。也就是说伺服系统在负载或切削条件发生变化时,应使进给速度保持恒定。刚性良好的系统,负载力矩的变化对进给速度的影响很小。
⑶快速响应好
快速响应是伺服系统动态品质的重要指标,它反映了系统的跟踪精度。为了保证轮廓切削形状精度和加工表面粗糙度,要求伺服系统除了要有较高的定位精度外,还要有良好的快速响应特性,也就是要求伺服电动机起、停的升降速过程要短,要有较高的加速度。电动机转速从0升至1500r/。
⑷调速范围宽
调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。0~24m / min。为适应不同的加工条件,例如加工零件的材料、尺寸、部位以及刀具的种类和冷却方式等不同,数控机床的进给速度需要在很宽的范围内无级变化。这就要求伺服电机要有很宽的调速范围和优异的调速特性。一般数控机床进给伺服系统的调速范围都在0~30m/min,高的可达240 m/min。
⑸低速大转矩
由于机床在低速切削时,切深和进给都比较大,也就是说吃刀抗力较大,这就要求主轴电动机输出的转矩也应该较大。现代数控机床的伺服电动机通常都是与丝杠直接相连,中间没有减速齿轮,这就要求进给电动机能输出较大的转矩。
进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制,在整个速度范围内都要保持这个转矩;主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制,能提供较大转矩。在高速时为恒功率控制,具有足够大的输出功率。
对伺服电机的要求:
(1)调运范围宽且有良好的稳定性,低速时的速度平稳,无爬行现象。
(2)电机应具有大的、较长时间的过载能力,以满足低速大转矩的要求。
(3)反应速度快,电机必须具有较小的转动惯量、较大的转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速度(400rad/s2以上)。
(4)能承受频繁的起动、制动和正反转。
伺服系统的分类
(1)开环伺服系统
驱动电路
步进电机
工作台
脉冲
(2)闭环伺服系统
指令
伺服电机
速度检测
速度控制
位置控制
位置检测
(3)半闭环伺服系统
伺服电机
速度控制
位置控制
工作台
脉冲编码器
指令
开环数控系统
无位置反馈(测量),信号流是单向的(数控装置→进给系统),故系统稳定性好。