2011-数控技术—第六章1.pptVIP

主 讲：秦 歌 答疑时间：周三晚J202A 机械与动力工程学院 2011-11 伺服来自英文单词Servo， ““伺服（SERVO）”在中英文里一个音、意都相同的词，顾名思义，它表示“伺候服侍”，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动。在数控机床中，伺服是指有关的传动或运动参数均严格按照数控装置的控制指令实现，这些参数主要包括运动的速度、运动的方向和运动的起停位置等。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。 采用步进电机作为驱动器件，无须位置和速度检测器，控制电路简单，价格低廉，可靠性高。和普通电机的区别主要在于：脉冲控制。 在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件。其控制电路比较简单，价格较低。其主要缺点是内部有机械换向装置，碳刷易磨损。 在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。闭环系统逐渐取代开环系统。 ?现代交流伺服系统最早被应用到宇航和军事领域，比如火炮、雷达控制。逐渐进入到工业领域和民用领域。工业应用主要包括高精度数控机床、机器人和其他广义的数控机械。伺服用量最大的行业依次是：机床、食品包装、纺织、电子半导体、塑料、印刷和橡胶机械，合计超过75％。 在数控机床中使用永磁无刷伺服电机代替步进电机做进给已经成为标准，部分高端产品开始采用永磁交流直线伺服系统。在主轴传动中采用高速永磁交流伺服取代异步变频驱动来提高效率和速度也成为热点。90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，高速电主轴得到快速应用，其转子为主轴旋转部分。其转数在30000rpm～100000rpm，工作台的进给速度在分辨率为1μm时达到100m/min，甚至200m/min以上, 在分辨率为0.1μm时，在24m/min以上。当今数控机床突出高速、高精、高动态、高刚性的特点，对位置系统的要求包括:定位速度和轮廓切削进给速度；定位精度和轮廓切削精度；精加工的表面粗糙度；在外界干扰下的稳定性。这些要求的满足主要取决于伺服系统的静态、动态特性。 特点： 能根据指令信号自动精确的控制执行部件运动的位移、方向和速度，使数个执行部件按一定的规律运动以合成一定的运动轨迹。 性能： 最高移动速度、跟踪精度、定位精度等动态和静态性能, 取决于各个组成环节的特性和各个环节性能参数的合理匹配。 数控机床技术水平的提高首先依赖于进给和主轴驱动特性的改善以及功能的扩大，为此数控机床对进给伺服系统的位置控制、速度控制、伺服电机、机械传动等方面都有很高的要求。 2．高精度 数控机床是按预定的程序自动进行加工的，不同于普通机床用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响，故要求数控机床的实际位移与指令位移之差要小。现代数控机床的位移精度一般为0.01~0.001㎜，甚至可高达0.1μm，以保证加工质量的一致性，保证复杂曲线、曲面零件的加工精度。 3．调速范围宽 调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比。由于加工所用刀具、被加工零件材质以及零件加工要求的变化范围很广，为了保证在所有加工情况下都能得到最佳的切削条件和加工质量，要求进给速度能在很大的范围内变化，即有很大的调速范围。 目前最先进水平是在脉冲当量或最小设定单位为1μm的情况下，进给速度能在0～240m／min的范围内连续可调。在这一调速范围内，要求速度均匀、稳定，低速时无爬行。还要求在零速时伺服电机处于电磁锁住状态，以保证定位精度不变。 4．快速响应并无超调 要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。 伺服系统处于频繁地启动、制动、加速、减速等动态过程中，为了提高生产率和保证加工质量，则要求加、减速度足够大，以缩短过渡过程时间。 当负载突变时，过渡过程前沿要陡，恢复时间要短，且无振荡。这样才能得到光滑的加工表面。 5．低速大转矩 机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。 1．按控制方式和有无检测反馈环节分类 （1）开环伺服系统 （2）闭环伺服系统 （3）半闭环伺服系统 无位置反馈，开环系统的位移精度主要取决于步进电机的角位移和齿轮、丝杠等传动件的螺距精度，以及系统的摩擦阻尼特性.开环系统的位移精度一般较低，其定位精度可达±0.02mm ，当采用螺距误差补偿后，定位精度提高到±0.01mm； 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。 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。 （2）闭环系统 闭环控制系统是一种包含功率放大和反馈，从而使得输出变量的