第5章进给伺服系统.pptVIP

第一节 概 述 一、进给伺服系统的定义及组成 进给伺服系统的定义及组成 . 定义： 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。 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。 第一节 概 述 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。 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。 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。 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。 开环伺服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。 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。 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。 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，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需转矩。主轴伺服系统只是一个速度控制系统，控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力，且保证任意转速的调节。 直流伺服系统、交流伺服系统与直线电动机伺服系统 直流伺服系统就是控制直流电机的系统。目前使用比较多的是永磁式直流伺服电机。永磁直流伺服电机（也称为大惯量宽调速直流伺服电机），调速范围宽，输出转矩大，过载能力强，而且电机转动惯量较大，应用较方便。 但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂，价格也高。进入20世纪80年代后，由于交流电机调速技术的突破，交流伺服驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服电机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修，制造简单，适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速度方向发展，其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统，交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。 直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开，然后拉直演变而成，利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动能的一种推力装置，是一种较为理想的驱动装置。 在机床进给系统中，采用直线电动机直接