第5章-数控机床的伺服系统ppt课件.ppt

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时间:2020-10-04

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1、第五章 数控机床的伺服系统目  录5.1概述一、伺服系统的组成二、对伺服系统的要求三、伺服系统的分类5.2伺服系统的驱动一、步进电机二、直流伺服电机三、直流调整技术四、交流伺服电机5.3位置检测装置一、对位置检测装置的要求与分类二、旋转变压器三、感应同步器四、脉冲编码器五、光栅六、磁栅5.1概述一、伺服系统的组成伺服系统: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。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节,是数控机床的重要组成部分。数控机床伺服系统又

2、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。进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说CNC装置是数控系统的“大脑”,是发布“命令”的“指挥所”,那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”,是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令,精确控制执行部件的运动方向,进给速度与位移量。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。伺服系统的组成位置、速度和电流环均由:调节

3、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。二、对伺服系统的要求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。包括定位精度和轮廓加工精度。2.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。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。4.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

4、。0~24m/min。5.低速大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。三、伺服系统的分类(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)半闭环伺服系统驱动电路步进电机工作台脉冲指令伺服电机速度检测速度控制位置控制位置检测伺服电机速度控制位置控制工作台脉冲编码器指令电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大没有位置测量装置,信号流

5、是单向的(数控装置→进给系统),故系统稳定性好。开环伺服系统的执行元件:步进电机(适于轻载、负荷变动不大)开环伺服系统无位置反馈,精度相对闭环系统来讲不高,其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。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。开环伺服系统的特点:位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈半闭

6、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。半闭环伺服系统半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节,因此可获得稳定的控制性能,其系统的稳定性虽不如开环系统,但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此,其精度较闭环差,较开环好。但可对这类误差进行补偿,因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高,因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。半闭环伺服系统特点: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

7、际位置进行检测。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈全闭环伺服系统从理论上讲,可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的,故很容易造成系统的不稳定,使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。全闭环伺服系统特点:(2)按使用的执行元件分类1)电液伺服系统电液脉冲马达和电液伺服马达。优点

8、:在低速下可以得到很高的输出力矩,刚性好,时间常数小、反应快和速度平稳。缺点:液压系统需要供油系统,体积大。噪声、漏油。2)电气伺服系统伺服电机(步进

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