带您来认识数控机床的伺服系统

时间：2015-11-21

	 伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统。按有无反馈检测元件分为开环控制系统和闭环控制系统。按执行元件的不同，分为步进伺服系统、直流伺服系统和交流伺服系统。


	　　步进伺服系统


	　　在20世纪60年代以前，步进伺服系统是以步进电机驱动的液压伺服电动机或是以功率步进电机直接驱动为特征，伺服系统采用开环控制。


	　　步进伺服系统接受脉冲信号，它的转速和转过的角焊锡机器人度取决于指令脉冲的频率或个数。由于没有检测和反馈环节，步进电机的精度取决于步距角的精度，齿轮传动间隙等，所以它的精度较低。而且步进电机在低频时易出现振动现象，它的输出力矩随转速升高而下降。又由于步进伺服系统为开环控制，步进电机在启动频率过高或负载过大时易出现"丢步"或"堵转"现象，停止时转速过高容易出现过冲的现象。另外步进电机从静止加 速到工作转速需要的时间也较长，速度响应较慢。但是由于其结构简单，易于调整，工作可靠，价格较低的特点，在许多要求不高的场合还是可以应用的。


	　　直流伺服系统


	　　60～70年代后，数控系统大多采用直流伺服系统。直流伺服电机具有良好的宽调速性能。输出转矩大，过载能力强，伺服系统也由开环控制发展为闭环控制，因而在工业及相关领域获得了更加广泛的运用。但是，随着现代工业的快速发展，其相应设备如精密数控机床、工业机器人等对电伺服系统提出越来越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而传统直流电动机采用的是机械式 换向器，在应用过程中面临很多问题，如电刷和换向器易磨损，维护工作量大，成本高;换向器换向时会产生火花，使电机的较高转速及应用环境受到限制;直流电机结构复杂、成本高、对其他设备易产生干扰。


	　　这些问题的存在，限制了直流伺服系统在高精度、高性能要求伺服驱动场合的应用。


	　　交流伺服系统


	　　针对直流电动机的缺点，人们一直在努力寻求以交流伺服电动机取代具**械换向器和电刷的直流伺服电动机的方法，以满足各种应用领域，尤其是高精度、高性能伺服驱动领域的需要。但是由于交流电机涂装生产线具有强耦合，非线性的特性，控制非常复杂，所以高性能运用一直受到局限。自80年代以来，随着电子电力等各项技术的发展，特别是现代控制理论的发展，在矢量控制算法方面的突破，原来一直困扰着交流电动机的问题得以解决，交流伺服发展地越来越快。


	


数控机床的伺服系统应满足以下基本要求:


	　　精度高 数控机床不可能像传统机床那样用手动操作来调整和补偿各种误差，因此它要求很高的定位精度和重复定位精度。


	　　快速响应特性好


	　　快速响应是伺服系统动态品质的标志之一。它要求伺服系统跟随指令信号不仅跟随误差小，而且响应要快，稳定性要好。在系统给定输入后，能在短暂的调节之后达到新的平衡或是受到外界干扰作用下能迅速恢复原来的平衡状态。


	　　调速范围大


	　　由于工件材料、刀具以及加工要求不同，要保证数控机床在任何情况下都能得到较佳的切削条件，伺服系统就必须有足够的调速范围，既能满足高速加工要求，又能满足低速进给要求。调速范围一般大于1:10000。而且在低速切削时，还要求有较大稳定的转矩输出。


	　　系统可靠性要好


	　　数控机床的使用率要求很高，常常是24小时连续工作不能停机，因而要求工作可靠。


	　　数控机床伺服系统的基本组成如图2 所示。数控机床的伺服系统按有无反馈检测元件分为开环控制系统和闭环控制系统。驱动控制单元是将伺服马达进给指令转化为执行元件所需要的信号，执行元件将该信号转为机械位移。开环控制系统没有反馈检测元件和比较控制环这些是闭环控制系统必须的部分。


	　　　交流伺服系统的特点


	　　交流伺服系统除了具有稳定性好、快速性好、精度高的特点外，与直流伺服电机系统相比有一系列优点:


	　　交流电机不存在换向器圆周调速限制，也不存在电枢元件中电抗电势数值限制，其转速限制可以设计得比相同功率的直流电机高。


	　　调速范围宽，目前大多数的交流伺服电机的自动喷涂机变速比可以达到1:5000，高性能的伺服电机的变速比已达1:10000以上。满足数控机床传动调速范围宽、静差率小的要求。


	　　矩频特性好，交流电机为恒力矩输出，即在其额定转速以内输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。并且具有转矩过载能力，可克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。满足机床伺服系统输出转矩大、动态相应好、定位精度高的要求。


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