3章节数控伺服system.ppt

数控技术 数控技术 新乡学院 机电工程学院 第3章 数控伺服系统 3.1 概述 3.2 伺服系统的驱动元件 3.3 步进式伺服系统 3.4 鉴相式伺服系统 3.5 鉴幅式伺服系统 3.6 脉冲比较式伺服系统 3.7 CNC数字伺服系统 数控伺服系统是指以机床移动部件（如工作台、主轴和刀具等）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称为随动系统。数控伺服系统的作用在于接受来自数控装置的进给脉冲信号，经过一定的信号变换及电压、功率放大，驱动机床移动部件实现运动，并保证动作的快速性和准确性。 伺服系统作为数控装置和机床的联系环节,是数控机床的重要组成部分. 数控机床的定位精度、跟踪精度、最高移动速度等技术指标很大程度上取决于伺服系统的性能优劣。 3.1.1 对数控伺服系统的要求 1、对进给伺服系统的要求 ⒈ 精度高 足够高定位精度和重复定位精度。须保证机床的定位精度和加工精度。 定位精度指的是数控设备停止时实际到达的位置和要求到达的位置误差。重复定位精度指的是同一个位置两次定位产生的误差。通常情况重复定位精度比定位精度要高的多。 ⒉ 快速响应特性好 快速响应反映了系统的跟踪精度，它是伺服系统动态品质的重要指标。 ⒊ 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。 ⒋ 系统可靠性好 数控机床的可靠性是用MTBF值来量化的。 MTBF即平均无故障时间，英文是“Mean Time Between Failure”，具体是指产品从一次故障到下一次故障的平均时间，是衡量一个产品的可靠性指标（仅用于发生故障经修理或更换零件能继续工作的设备或系统），单位为“小时”。数控机床常用它作为可靠性的定量指标。 对伺服电机的要求： （1）调速范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度平稳性 （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。 2. 数控机床对主轴伺服系统的要求 （1）足够的输出功率。 主轴转速高，输出转矩小；主轴转速低，输出转矩大。要求主轴驱动装置具有恒功率性质。 （2）调速范围宽。 数控机床的变速依照指令自动执行，要求能够在较宽的转速范围内进行无级调速，较少中间传递环节，简化主轴箱。 （3）定位准停功能。 为使得数控车床具有螺纹切削等功能，要求主轴能与进给驱动实行同步控制。 在加工中为自动换刀，要求主轴具有高精度的准停功能。 3.1.2 数控伺服系统的基本组成 数控伺服驱动系统按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。 开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。通常，执行元件选用步进电机，因系统不对输出进行检测，所以执行元件对系统的特性具有重要影响。 闭环（半闭环）伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测元件、比较环节组成。反馈检测元件分为速度反馈和位置反馈两类，闭环伺服系统采用位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。伺服系统局部闭环回路采用速度反馈单元检测执行元件的速度输出，间接保证工作台的移动精度。 3.1.3 数控伺服系统的分类 ⒈按控制方式和有无检测反馈环节分类 按这种方法可以将伺服系统分为开环、半闭环和闭环伺服系统。 按反馈比较控制方式的不同，闭环、半闭环伺服系统又可分为以下几种： ⑴ 数字脉冲比较伺服系统 ⑵ 鉴相式伺服系统 ⑶ 鉴幅式伺服系统 ⑷ 全数字伺服系统 3.2 伺服系统的组成及分类 3.2 伺服系统的组成及分类 （1）数字－脉冲比较伺服系统 将数控装置发出的数字（或脉冲）指令信号与检测装置测量的以数字（或脉冲）形式表示的反馈信号直接进行比较，产生位置差值，形成闭环和半闭环控制。 （2）相位比较伺服系统 采用相位工作方式，指令信号与反馈信号均以相位形式表示并进行比较。 （3）幅值比较伺服系统 以位置检测信号的幅值大小来反映机床位移量的大小，并与指令信号进行比较。 （4）全数字控制伺服系统 由位置、速度和电流组成的三环反馈控制全部数字化。 3.1.3 数控伺服系统的分类 ⒉按伺服系统的用途和