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數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)

日期：2010年07月02　來源：沈陽機床　關(guān)鍵字：機床
數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)
    伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)(cNc)和數(shù)控機床(主機)的關(guān)鍵部分，它接受來自數(shù)控系統(tǒng)的指令，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和放大，驅(qū)動執(zhí)行件實現(xiàn)預(yù)期的運動，并將運動結(jié)果反饋回去與輸入指令相比較，直至與輸入指令之差為零。伺服系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到數(shù)控機床執(zhí)行件的靜態(tài)和動態(tài)特性，影響其工作精度、負(fù)載能力、響應(yīng)快慢和穩(wěn)定程度等。所以，至今伺服系統(tǒng)還被看作一個獨立部分，與數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床(主機)并列為數(shù)控機床的三大組成部分。按IsO標(biāo)準(zhǔn)，伺服系統(tǒng)是一種自動控糊系統(tǒng)，其中包含功率放大和反饋，從而使得輸出變量的值緊密地對應(yīng)輸入量的值。它與一般機床的進(jìn)給系統(tǒng)有著本質(zhì)的不同，進(jìn)給系統(tǒng)的作用在于保證切削過程能略繼續(xù)進(jìn)行，不能控制執(zhí)行件的位移和軌跡。伺服系統(tǒng)可以根據(jù)一定的指令信息，加以轉(zhuǎn)換和放大，通過反饋能控制執(zhí)行件的速度和精度位置，以及一系列位置所形成的軌跡。伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機械傳動部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服系統(tǒng)，機械傳動部件和執(zhí)行件組成機械傳動系統(tǒng)。
目前在數(shù)控機床上，已經(jīng)很少采用液壓伺服系統(tǒng)，驅(qū)動元件主要是各種伺服電機。在小型和經(jīng)濟型數(shù)控機床上還使用步進(jìn)電機。中高檔數(shù)控機床幾乎都采用直流伺服電機和交流伺服電機。全數(shù)字伺服驅(qū)動單元已得到廣泛采用。
伺服系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，以脈沖指令為輸入給定值，與輸出被調(diào)量進(jìn)行比較，利用偏差值對系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)t以消除偏差，使被調(diào)量跟蹤給定值。所以伺服系統(tǒng)的運動來源于偏差信號，必須具有負(fù)反饋電路，始終處于過渡過程狀態(tài)，而在運動過程中實現(xiàn)了力的放大。
基于伺服系統(tǒng)的工作原理，除妻求它具備良好的靜態(tài)特征外，還應(yīng)具備優(yōu)異的動態(tài)特征。伺服系統(tǒng)除滿足運動要求外，還應(yīng)具有趣好的動力學(xué)特征。
①開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床中最簡單的伺服系統(tǒng)，其控制原理在開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖經(jīng)驅(qū)動路線送到步進(jìn)電機，使其輸出軸轉(zhuǎn)過一定的角度，再通過齒輪副和絲杠螺母副帶動機床工作臺移動。指令脈沖的頻率決定步進(jìn)電機的旋轉(zhuǎn)速度，指令脈沖數(shù)決定轉(zhuǎn)角的大小。由于沒有檢測反饋裝置，系統(tǒng)中各個部位的誤差，如步進(jìn)電機的步距誤差、啟停誤差、機械系統(tǒng)的誤差(方向間隙、絲杠螺距誤差)等合成為系統(tǒng)的位置誤差，所以精度比較低．而且速度也受到步進(jìn)電機性能的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)整，在精度要求不太高的場合中應(yīng)用仍然比較廣泛。
②閉環(huán)控制系統(tǒng)。因為開環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機床的要求，所以為了保證加工精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)采用直線型位置檢測裝置(如直線感應(yīng)同步器、長光柵等)對數(shù)控機床工作臺位移進(jìn)行直接測量，并進(jìn)行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)。
在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，數(shù)控機床移動用位置檢測裝置進(jìn)行檢測，并將測量的實際位置反饋到輸入端與指令位置進(jìn)行比較。如果兩者存在偏差，將此偏差信號放大，并控制伺服電機帶動數(shù)控機床移動部件朝若消除偏差的方向進(jìn)給，直到偏差等于零為止。
由于閉環(huán)控制系統(tǒng)將數(shù)控機床本身包括在位置控制環(huán)之內(nèi)，因此機械系統(tǒng)引起的誤差可由反饋控制得以清除，但數(shù)控機床本身的固有頻率、阻尼、間隙等因素的影響，增大了設(shè)計和調(diào)試的困難。用環(huán)控制系統(tǒng)的特點是精度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、調(diào)試維修困難，一般適用于大型精密機床。
根據(jù)輸入比較的信號形式以及反饋檢測方式，閉環(huán)控制系統(tǒng)又可分為鑒相式伺服系統(tǒng)、鑒幅式伺服系統(tǒng)和數(shù)字比較式伺服系統(tǒng)。在鑒相式伺服系統(tǒng)中，輸入比較的指令信號和反饋信號是用相位表示的；在鑒幅式伺服系統(tǒng)和數(shù)字比較式伺服系統(tǒng)中，輸入比較的指令信號和反饋信號是用數(shù)字脈沖表示的。
③半閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用旋轉(zhuǎn)型角度測量元件(脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器等)和伺服電機，按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺服系統(tǒng)，稱為半閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制原理半閉環(huán)控制系檢測裝置有兩種安裝方式。

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