数控机床伺服系统的分类及其应用要求

数控机床伺服系统的分类及其应用要求参考资料数控机床伺服系统又称为位置随动系统, 简称为伺服系统。数控机床伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构，在许多自动化控制领域广泛应用。数控机床伺服系统的种类繁多、技术原理各具特色，这对其应用带来很大的困扰，本文就数控机床伺服系统的分类及其应用要求做简单介绍。一、数控机床伺服系统的分类容济摩托车点火器提示数控机床伺服系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统;按其控制原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统;按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统。1.进给驱动与主轴驱动进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的转矩。主轴驱动控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。一般地，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小、调节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。对于主轴驱动系统，主要关心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围。2.开环控制和闭环控制数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的控制结构，即开环控制和闭环控制，如图5-1所示。由此形成位置开环控制系统和位置闭环控制系统。闭环控制系统又可根据位置检测装置在机床上安装的位置不同，进一步分为半闭环伺服驱动控制系统和全闭环伺服驱动控制系统。若位置检测装置安装在机床的工作台上，构成的伺服驱动控制系统为全闭环控制系统;若位置检测装置安装在机床丝杠上，构成的伺服驱动控制系统则为半闭环控制系统。现代数控机床的伺服驱动多采用闭环控制系统。开环控制系统常用于经济型数控或老设备的改造。3.直流伺服驱动与交流伺服驱动70年代和80年代初，数控机床多采用直流伺服驱动。直流大惯量伺服电机具有良好的宽调速性能，输出转矩大，过载能力强，而且，由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当，构成闭环后易于调整。而直流中小惯量伺服电机及其大功率晶体管脉宽调制驱动装置，比较适应数控机床对频繁启动、制动，以及快速定位、切削的要求。但直流电机一个最大的特点是具有电刷和机械换向器，这限制了它向大容量、高电压、高速度方向的发展，使其应用受到限制。进入80年代，在电机控制领域交流电机调速技术取得了突破性进展，交流伺服驱动系统大举进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服驱动系统的最大优点是交流电机容易维修，制造简单，易于向大容量、高速度方向发展，适合于在较恶劣的环境中使用。同时，从减少伺服驱动系统外形尺寸和提高可靠性角度来看，采用交流电机比直流电机将更合理。二、数控机床伺服系统的应用要求(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。030m/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。伺服驱动电机是伺服系统的重要驱动元件。为满足上述要求，对伺服电动机的要求应该是： 从最低速到最高速电机都要平稳运转，转距波动要小，尤其是在低速如0.1r/min或更低转速时，仍有稳定的速度而无爬行现象。 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。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 为了满足快速响应的要求，电机应该有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并且有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上角加速度的能力，才能保证电机在0.2s以内从静止到额定转速。 电机应能承受频繁启动、制动和反转。随着工业化进程的加快，数控机床伺服系统的优势将更加明显，相信会有越来越多的厂商将投入到伺服系统的研发领域中。届时将迎来中国“伺服产业”的鼎盛时期。