智能制造装备电气传动控制系统安装与调试 课件 项目5 数控机床进给伺服系统的结构组成认识.ppt

项目5

数控机床进给伺服系统的结构组成认识5.1进给伺服系统的结构组成5.2进给伺服系统的基本要求5.3进给伺服系统的配置方案5.1进给伺服系统的结构组成（1）概述伺服系统（ServoSystem）是自动控制系统的一类，它的输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化，也称随动系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。它的根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化规律。驱动各加工坐标轴运动的传动装置称为进给伺服系统。它包括机械传动部件和产生主动力矩以及控制其运动的各种驱动装置。数控机床的进给伺服系统是一种精密的位置跟踪与定位系统，是以位置为被控变量的自动控制系统5.1进给伺服系统的结构组成数控机床的进给伺服系统（FeedServoSystem）是数控装置与机床本体间电传动联系的环节，也是数控系统的执行部分。它用于接收数控装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过一定的信号转换和电压、功率放大，由伺服电机带动传动机构，最后转化为机床工作台相对于刀具的直线位移或回转位移。在数控机床中，伺服是指有关的传动或运动参数均严格按照数控装置的控制指令实现，这些参数主要包括运动的速度、运动的方向和运动的起停位置等。数控机床的性能在很大程度上取决于进给伺服系统的性能。5.1进给伺服系统的结构组成（2）位置、速度、电流三闭环结构5.1进给伺服系统的结构组成5.2进给伺服系统的基本要求（1）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。通常要求承受额定力矩变化时，静态速降小于5%，动态速降小于10%。当负载变化时，输出速度应基本不变。即△n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；直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。tn△t△n(2)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。 静态：要求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。(以保证尺寸精度) 动态：要求跟随精度高，即跟随误差要小，这是动态性能指标。(以保证轮廓精度)现代数控机床的位移精度一般为0.01~0.001㎜，甚至可高达0.1μm，以保证加工质量的一致性，保证复杂曲线、曲面零件的加工精度。另外，要求灵敏度高，有足够高的分辨率。5.2进给伺服系统的基本要求（3）响应速度快且无超调要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。伺服系统处于频繁地启动、制动、加速、减速等动态过程中，为了提高生产率和保证加工质量，则要求加、减速度足够大，以缩短过渡过程时间。通常要求从0→Nmax（Nmax→0),其时间应小200ms，且不能有超调，否则对机械部件不利，有害于加工质量。当负载突变时，过渡过程前沿要陡，恢复时间要短，且无振荡。这样才能得到光滑的加工表面。tntp5.2进给伺服系统的基本要求（4）调速范围宽调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比。由于加工所用刀具、被加工零件材质以及零件加工要求的变化范围很广，为了保证在所有加工情况下都能得到最佳的切削条件和加工质量，要求进给速度能在很大的范围内变化，即有很大的调速范围。目前最先进水平是在脉冲当量或最小设定单位为1μm的情况下，进给速度能在0～240m／min的范围内连续可调。一般数控机床的进给速度能在0～240m／min的范围之内连续可调并能满足加工要求。在这一调速范围内，要求速度均匀、稳定，低速时无爬行。还要求在零速时伺服电机处于电磁锁住状态，以保证定位精度不变。5.2进给伺服系统的基本要求（5）低速大转矩机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。（6）可逆运行综上所述：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。5.2进给伺服系统的基本要求5.3进给伺服系统配置方案方案1：开环进给伺服方案（1）设备配置：步进驱动器+步进电机步进驱动器步进电机机械执行部件CNC数控系统方案1：开环进给伺服方案（2）特点：该方案没有位置反馈检测装置，构成开环进给伺服系统，因执行电机采用步进电机，也称为步进伺服系统。步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副等的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度。机床运动精度主要取决于步进电机和机械传动机构的性能和精度。结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉。（3）应用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