数控机床的伺服系统.ppt

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1、数控机床的伺服系统第一节概述第二节速度控制第三节位置控制第一节概述数控机床伺服系统是数控系统的重要组成部分，它是以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。在数控机床中，伺服系统是数控装置和机床主机的联系环节，接收CNC装置插补器(由硬件或软件组成)发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过变换和放大由伺服电机带动传动机构，最后转化为机床的直线或转动位移。一、伺服系统的组成二、对伺服系统的基本要求三、伺服系统分类四、伺服电动机一、伺服系统的组成数控伺

2、服系统由伺服电机(M)、驱动信号控制转换电路、电力电子驱动放大模块、电流调解单元、速度调解单元、位置调解单元和相应的检测装置(如光电脉冲编码器G)等组成。一般闭环伺服系统的结构如图所示。这是一个三环结构系统，外环是位置环，中环是速度环，内环为电流环。位置环由位置调节控制模块、位置检测和反馈控制部分组成。速度环由速度比较调节器、速度反馈和速度检测装置(如测速电机、光电脉冲编码器等)组成。电流环由电流调节器、电流反馈和电流检测环节组成。位置控制主要用于进给运动坐标轴，对进给袖的控制是要求最高的位置控制

3、，不仅对单个轴的运动速度和位置精度的控制有严格要求，而且在多轴联动时，还要求各进给运动轴有很好的动态配合，才能保证加工精度和表面质量。位置控制功能包括位置控制、速度控制和电流控制。速度控制功能只包括速度控制和电流控制，一般用于对主运动坐标轴的控制。二、对伺服系统的基本要求1．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。作为数控加工，对定位精度和轮廓加工精度要求都比较高，定位精度一般允许的偏差为0.01—0.001mm，甚至0.1um。轮廓加工精度与速度控制、联动坐标的协调一致控制有关。在

4、速度控制中，要求较高的调速精度，具有比较强的抗负载扰动能力。即对静态、动态精度要求都比较高。对伺服系统的基本要求2．稳定性好稳定是指系统在结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，对伺服系统要求有较强的抗干扰能力。稳定性是保证数控机床正常工作的条件，直接影响数控加工的精度和表面租糙度。对伺服系统的基本要求3．快速响应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低的加工表面租糙度，要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快。

5、一方面要求过渡过程(电机从静止到额定转速)的时间要短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒，另一方面要求超调要小。这二方面的要求往往是矛盾的，实际应用中要采取一定措施，按工艺加工要求做出一定的选择。对伺服系统的基本要求4．调速范围宽调速范围Rn是指生产机械要求电机能提供额定负载时的最高转速Nmax和最低转速Nmin之比。由于加工用刀具，被加工材质及零件加工要求的不同，伺服系统需要具有足够宽的调速范围。目前，先进的水平是，在分辨率为1um的情况下。进给速度范围为0~240m/min，且无级连续可调

6、。但对于一般的数控机床而言，要求进给伺服系统在0~24m/min进给速度范围内都能工作就足够了。伺服控制系统的总体控制效果是由位置控制和速度控制一起决定的(也包括电流控制)。对速度控制不过分地追求像位置控制那么大的控制范围。否则，速度控制单元将会变得相当复杂。这将提高成本，又将降低可靠性。主轴伺服系统主要是速度控制，它要求低速(额定转速以下)恒转矩调速具有1：100~1：1000调速范围，高速(额定转速以上)恒功率调速具有1：10以上的调速范围。对伺服系统的基本要求5．低速大转矩机床加工的特点是，

7、在低速时进行重切削。因此，要求伺服系统在低速时要有大的转矩输出。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。三、伺服系统分类1．按调节理论分类(1)开环伺服系统开环伺服系统(见图6．2)只有指令信号的前向控制通道。没有检测反馈控制通道，其驱动元件主要是步进电机。这种系统工作原理是将指令数字脉冲信号转换为电机的角度位移。实现运动和定位，主要靠驱动装置和步进电机本身来保证。转过的

8、角度正比于指令脉冲的个数；运动速度由进给脉冲的频率决定。开环系统的结构简单，易于控制。一般来说。精度差、低速不平稳、高速扭矩小。主要用于轻载、负载变化不大或经济型数控机床上。开环系统框图1．按调节理论分类1．按调节理论分类(2)闭环伺服系统闭环系统是误差控制随动系统。数控机床进给系统的控制量是CNC输出的位移指令和机床工作台(或刀架等)实际位移的差值(误差)。因此需要有位置检测装置。该装置放在工作台上，测出各坐标轴的实时位移量或者实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行