数控机床进给伺服系统的控制原理.pdf

数控机床进给伺服系统的控制原理 机床数控系统的本质是位置控制系统。数控 机床进给伺服系统的类型及其性能与机床加 工精度有着重要的联系。 www.91HMI.com www.PLC 本章将介绍数控机床进给伺服系统位置控制 的基本工作原理。 1 www.91HMI.com 7.1 概 述 机床的主运动提供金属切削所需的能量，而进 给运动则根据被加工工件的形状，保持工件与 刀具的相对位置。这样设计机床的运动，则主 运动一般均为旋转运动，要求驱动动力源的功 www.91HMI.com www.PLC 率大，其控制问题主要是进行调速，要求较 低；而进给运动驱动动力源的功率较小，为了 保证生成被加工工件所要求的型线和一定的加 工精度，一般应进行位置伺服控制，因此控制 上的要求较高。 2 www.91HMI.com 7.1.1 数控机床进给运动伺服系统的分类和特点 数控机床进给运动伺服系统按其控制原理可以分为开 环系统和闭环(半闭环)系统。在开环系统中，不进行 位置和速度的检测，电动机将依据电脉冲驱动进给运 动达到期望的位置。开环系统采用步进电动机作为动 力源，并且假定只要输入一定数量的电脉冲，机床就 www.91HMI.com www.PLC 有相应的位移量。由于没有检测元器件，构成这样的 系统成本较低，但是它的缺点是一旦产生误差，就会 逐渐积累。前面已经提到，开环系统必须采用步进电 动机或电液脉冲马达作为动力源。闭环(半闭环)系统 要进行闭环控制，从控制原理上讲，闭环与半闭环系 统没有什么差别。在系统硬件构成上，与开环系统相 比，闭环(半闭环)系统要使用位置检测元器件和比较 器。 3 www.91HMI.com 7.1.2 全闭环和半闭环控制系统的区别 全闭环系统为了测量直线进给运动，沿导轨移动方向 安装直线位移传感器，直接测量工作台的位移；而半 闭环系统则把角位移传感器安装在滚珠丝杠端部，测 量其角位移，显然，这时传感器角位移的值不能反映 滚珠丝杠本身的行程误差及其变形，以及滚珠丝杠副 www.91HMI.com www.PLC 以后传动链所产生的那部分工作台的位移误差。全闭 环系统与半闭环系统反馈信号测取上的差异，会明显 地影响实际控制效果，因此，全闭环系统与半闭环系 统在工程上有时被认为是两种不同的类型。不过，由 于下面我们将仅仅从理论上分析开环和闭环系统的工 作原理，所以不再强调全闭环系统与半闭环系统的区 别。 4 www.91HMI.com 7.2 进给伺服系统中的位置指令信号 数控机床的进