數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和分類

1、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和分類進(jìn)給伺服系統(tǒng)是聯(lián)系系統(tǒng)和機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的橋梁，加工工件輪廓形狀精進(jìn)給伺服系統(tǒng)是聯(lián)系度很大程度上取決于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作精度。通過本章學(xué)習(xí)，了解完善進(jìn)給伺服系統(tǒng)的配置由位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)以及驅(qū)動裝置組成；伺服系統(tǒng)常見的類型及特點(diǎn)，掌握伺服系統(tǒng)常用驅(qū)動裝置如步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理;典型伺服系統(tǒng)如開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的基本配置、控制原理及控制特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和分類可逆運(yùn)行可逆運(yùn)行要求能靈活地正反向運(yùn)行。在加工過程中，機(jī)床工作臺處于隨動狀態(tài)，根據(jù)加工軌跡的要求，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動。同

2、時(shí)要求在方向變化時(shí)，不應(yīng)有反向間隙和運(yùn)動損失。從能量角度看，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)能量的可逆轉(zhuǎn)換，即在加工運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)從電網(wǎng)吸收能量改變?yōu)闄C(jī)械能；在制動時(shí)應(yīng)把電動機(jī)的機(jī)械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)快速制動。高精度數(shù)控機(jī)床是按預(yù)定的程序自動進(jìn)行加工的，不同于普通機(jī)床用手動操作來調(diào)整和補(bǔ)償各種因素對加工精度的影響，故要求數(shù)控機(jī)床的實(shí)際位移與指令位移之差要小?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的位移精度一般為mm，甚至可高達(dá)|jm以保證加工質(zhì)量的一致性，保證復(fù)雜曲線、曲面零件的加工精度。調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍是指最高進(jìn)給速度和最低進(jìn)給速度之比。由于加工所用刀具、被加工零件材質(zhì)以及零件加工要求的變化范圍很廣，為了保證在所有加工情況

3、下都能得到最佳的切削條件和加工質(zhì)量，要求進(jìn)給速度能在很大的范圍內(nèi)變化，即有很大的調(diào)速范圍。目前最先進(jìn)水平是在脈沖當(dāng)量或最小設(shè)定單位為J的情況下，進(jìn)給速度能在/的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。一般數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度能在/的范圍之內(nèi)連續(xù)可調(diào)并能滿足加工要求。在這一調(diào)速范圍內(nèi)，要求速度均勻、穩(wěn)定，低速時(shí)無爬行。還要求在零速時(shí)伺服電動機(jī)處于電磁鎖住狀態(tài)，以保證定位精度不變?？焖夙憫?yīng)并無超調(diào)為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，對進(jìn)給伺服系統(tǒng)除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。這就對伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能提出了兩方面的要求：一方面在伺服系統(tǒng)處于頻繁地起動、制動、加

4、速、減速等動態(tài)過程中，為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，則要求加、減速度足夠大，以縮短過渡過程時(shí)間。低速大轉(zhuǎn)矩機(jī)床加工，大多是低速時(shí)進(jìn)行切削，即在低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成如圖所示為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成。從圖中可以看出，它是一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。位置環(huán)的輸入信號是計(jì)算機(jī)給出的指令信號和位置檢測裝置反饋的位置信號，這個(gè)反饋是一個(gè)負(fù)反饋，即與指令信號的相位相反。指令信號是向位置環(huán)送去加數(shù)，而反饋信號向位置環(huán)送去減數(shù)。位置檢測裝置通常有光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵尺、感應(yīng)同步器或磁柵尺等。它們或者直接對位移進(jìn)行檢測，或者間接對位移進(jìn)行檢測。開環(huán)伺服

5、系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)是最簡單的進(jìn)給伺服系統(tǒng)，無位置反饋環(huán)節(jié)。如圖所示，這種系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電動機(jī)、功率步進(jìn)電動機(jī)、電液脈沖電動機(jī)等。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動執(zhí)行部件。閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖如圖所示。系統(tǒng)所用的伺服驅(qū)動裝置主要是直流或交流伺服電動機(jī)以及電液伺服閥一液壓馬達(dá)。與開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)最主要的區(qū)別是：安裝在執(zhí)行部件上的位置檢測裝置，測量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量并轉(zhuǎn)換成電脈沖，反饋到輸入端并與輸人位置指令信號進(jìn)行比較，求得誤差，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。由于采用了位置檢測反饋裝置，所以閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位移精度主要

6、取決于檢測裝置的精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)0.01mm0.005mm。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖所示。將檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件位置的系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。閉壞系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)系統(tǒng)只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部分元件的誤差，因此，半閉環(huán)系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些，但是它的結(jié)構(gòu)與凋試都比較簡單。全數(shù)字伺服系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已經(jīng)開始采用高速度、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化，應(yīng)用數(shù)字算法，用程序來代替調(diào)

7、節(jié)器的硬件，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)結(jié)構(gòu)如圖所示。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和分類發(fā)布時(shí)間：2010-12-1411:10:20來源：優(yōu)客機(jī)床網(wǎng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是聯(lián)系CNC系統(tǒng)和機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的橋梁，加工工件輪廓形狀精度很大程度上取決于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作精度。通過本章學(xué)習(xí)，了解完善進(jìn)給伺服系統(tǒng)的配置由位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)以及驅(qū)動裝置組成；伺服系統(tǒng)常見的類型及特點(diǎn)，掌握伺服系統(tǒng)常用驅(qū)動裝置如步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理；典型伺服系統(tǒng)如開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

8、、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的基本配置、控制原理及控制特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和分類可逆運(yùn)行可逆運(yùn)行要求能靈活地正反向運(yùn)行。在加工過程中，機(jī)床工作臺處于隨動狀態(tài)，根據(jù)加工軌跡的要求，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動。同時(shí)要求在方向變化時(shí)，不應(yīng)有反向間隙和運(yùn)動損失。從能量角度看，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)能量的可逆轉(zhuǎn)換，即在加工運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)從電網(wǎng)吸收能量改變?yōu)闄C(jī)械能；在制動時(shí)應(yīng)把電動機(jī)的機(jī)械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)快速制動。高精度數(shù)控機(jī)床是按預(yù)定的程序自動進(jìn)行加工的，不同于普通機(jī)床用手動操作來調(diào)整和補(bǔ)償各種因素對加工精度的影響，故要求數(shù)控機(jī)床的實(shí)際位移與指令位移之差要小。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的位移精度一般為0.010.001

9、mm,甚至可高達(dá)0.1pm,以保證加工質(zhì)量的一致性，保證復(fù)雜曲線、曲面零件的加工精度。調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍是指最高進(jìn)給速度和最低進(jìn)給速度之比。由于加工所用刀具、被加工零件材質(zhì)以及零件加工要求的變化范圍很廣,為了保證在所有加工情況下都能得到最佳的切削條件和加工質(zhì)量,要求進(jìn)給速度能在很大的范圍內(nèi)變化,即有很大的調(diào)速范圍。目前最先進(jìn)水平是在脈沖當(dāng)量或最小設(shè)定單位為1pm的情況下,進(jìn)給速度能在0240m/min的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。一般數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度能在024m/min的范圍之內(nèi)連續(xù)可調(diào)并能滿足加工要求。在這一調(diào)速范圍內(nèi),要求速度均勻、穩(wěn)定,低速時(shí)無爬行。還要求在零速時(shí)伺服電動機(jī)處于電磁鎖住狀態(tài),以保證

10、定位精度不變?？焖夙憫?yīng)并無超調(diào)為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度,對進(jìn)給伺服系統(tǒng)除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應(yīng)特性,即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。這就對伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能提出了兩方面的要求：一方面在伺服系統(tǒng)處于頻繁地起動、制動、加速、減速等動態(tài)過程中，為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，則要求加、減速度足夠大，以縮短過渡過程時(shí)間。低速大轉(zhuǎn)矩機(jī)床加工，大多是低速時(shí)進(jìn)行切削，即在低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成如圖所示為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成。從圖中可以看出，它是一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。位置環(huán)的輸入信號是計(jì)算機(jī)給出的指令信號和位

11、置檢測裝置反饋的位置信號，這個(gè)反饋是一個(gè)負(fù)反饋，即與指令信號的相位相反。指令信號是向位置環(huán)送去加數(shù)，而反饋信號向位置環(huán)送去減數(shù)。位置檢測裝置通常有光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵尺、感應(yīng)同步器或磁柵尺等。它們或者直接對位移進(jìn)行檢測，或者間接對位移進(jìn)行檢測。開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)是最簡單的進(jìn)給伺服系統(tǒng)，無位置反饋環(huán)節(jié)。如圖所示，這種系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電動機(jī)、功率步進(jìn)電動機(jī)、電液脈沖電動機(jī)等。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動執(zhí)行部件。閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖如圖所示。系統(tǒng)所用的伺服驅(qū)動裝置主要是直流或交流伺服電動機(jī)

12、以及電液伺服閥液壓馬達(dá)。與開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)最主要的區(qū)別是：安裝在執(zhí)行部件上的位置檢測裝置，測量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量并轉(zhuǎn)換成電脈沖，反饋到輸入端并與輸人位置指令信號進(jìn)行比較，求得誤差，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。由于采用了位置檢測反饋裝置，所以閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位移精度主要取決于檢測裝置的精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)0.01mm0.005mm。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖所示。將檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件位置的系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。閉壞系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)系統(tǒng)只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部分元件的誤差，因此，半閉環(huán)系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些，但是它的結(jié)構(gòu)與凋試

13、都比較簡單。全數(shù)字伺服系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已經(jīng)開始采用高速度、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化，應(yīng)用數(shù)字PID算法，用PID程序來代替PID調(diào)節(jié)器的硬件，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)結(jié)構(gòu)如圖所示。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和分類發(fā)布時(shí)間：2010-12-1411:10:20來源：優(yōu)客機(jī)床網(wǎng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是聯(lián)系CNC系統(tǒng)和機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的橋梁，加工工件輪廓形狀精度

14、很大程度上取決于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作精度。通過本章學(xué)習(xí)，了解完善進(jìn)給伺服系統(tǒng)的配置由位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)以及驅(qū)動裝置組成；伺服系統(tǒng)常見的類型及特點(diǎn)，掌握伺服系統(tǒng)常用驅(qū)動裝置如步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理；典型伺服系統(tǒng)如開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的基本配置、控制原理及控制特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和分類可逆運(yùn)行可逆運(yùn)行要求能靈活地正反向運(yùn)行。在加工過程中，機(jī)床工作臺處于隨動狀態(tài)，根據(jù)加工軌跡的要求，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動。同時(shí)要求在方向變化時(shí)，不應(yīng)有反向間隙和運(yùn)動損失。從能量角度看，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)能量的可逆轉(zhuǎn)換，即在加工運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)從電網(wǎng)吸收能量改

15、變?yōu)闄C(jī)械能；在制動時(shí)應(yīng)把電動機(jī)的機(jī)械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)快速制動。高精度數(shù)控機(jī)床是按預(yù)定的程序自動進(jìn)行加工的，不同于普通機(jī)床用手動操作來調(diào)整和補(bǔ)償各種因素對加工精度的影響，故要求數(shù)控機(jī)床的實(shí)際位移與指令位移之差要小。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的位移精度一般為0.010.001mm,甚至可高達(dá)0.1pm,以保證加工質(zhì)量的一致性，保證復(fù)雜曲線、曲面零件的加工精度。調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍是指最高進(jìn)給速度和最低進(jìn)給速度之比。由于加工所用刀具、被加工零件材質(zhì)以及零件加工要求的變化范圍很廣,為了保證在所有加工情況下都能得到最佳的切削條件和加工質(zhì)量,要求進(jìn)給速度能在很大的范圍內(nèi)變化,即有很大的調(diào)速范圍。目前最先

16、進(jìn)水平是在脈沖當(dāng)量或最小設(shè)定單位為1pm的情況下,進(jìn)給速度能在0240m/min的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。一般數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度能在024m/min的范圍之內(nèi)連續(xù)可調(diào)并能滿足加工要求。在這一調(diào)速范圍內(nèi),要求速度均勻、穩(wěn)定,低速時(shí)無爬行。還要求在零速時(shí)伺服電動機(jī)處于電磁鎖住狀態(tài),以保證定位精度不變?？焖夙憫?yīng)并無超調(diào)為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度,對進(jìn)給伺服系統(tǒng)除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應(yīng)特性,即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。這就對伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能提出了兩方面的要求：一方面在伺服系統(tǒng)處于頻繁地起動、制動、加速、減速等動態(tài)過程中,為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量,則要求加、減

17、速度足夠大,以縮短過渡過程時(shí)間。低速大轉(zhuǎn)矩機(jī)床加工,大多是低速時(shí)進(jìn)行切削,即在低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成如圖所示為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成。從圖中可以看出,它是一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng),內(nèi)環(huán)是速度環(huán),外環(huán)是位置環(huán)。位置環(huán)的輸入信號是計(jì)算機(jī)給出的指令信號和位置檢測裝置反饋的位置信號,這個(gè)反饋是一個(gè)負(fù)反饋,即與指令信號的相位相反。指令信號是向位置環(huán)送去加數(shù),而反饋信號向位置環(huán)送去減數(shù)。位置檢測裝置通常有光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵尺、感應(yīng)同步器或磁柵尺等。它們或者直接對位移進(jìn)行檢測,或者間接對位移進(jìn)行檢測。開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)是最簡單的進(jìn)給伺服系統(tǒng),無位置反饋環(huán)節(jié)。如圖所示

18、,這種系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電動機(jī)、功率步進(jìn)電動機(jī)、電液脈沖電動機(jī)等。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令脈沖,經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后,使步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動,通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動執(zhí)行部件。閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖如圖所示。系統(tǒng)所用的伺服驅(qū)動裝置主要是直流或交流伺服電動機(jī)以及電液伺服閥液壓馬達(dá)。與開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)最主要的區(qū)別是：安裝在執(zhí)行部件上的位置檢測裝置，測量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量并轉(zhuǎn)換成電脈沖，反饋到輸入端并與輸人位置指令信號進(jìn)行比較，求得誤差，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。由于采用了位置檢測反饋裝置，所以閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位移精度主要取決于檢測裝置的精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)0.01mm0.005mm。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖所示。將檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件位置的系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。閉壞系