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第一節(jié)數(shù)控車床伺服驅(qū)動系統(tǒng)概述
日期：2010年06月04 來源：沈陽機床（集團） 關(guān)鍵字：車床
第一節(jié)數(shù)控車床伺服驅(qū)動系統(tǒng)概述
如果說CNC系統(tǒng)是數(shù)控車床的“大腦”，是發(fā)布“命令”的指揮機構(gòu)，那么．伺服驅(qū)動系統(tǒng)便是數(shù)控車床的“四肢”，是執(zhí)行機構(gòu)，它能準(zhǔn)確地執(zhí)行由CNC系統(tǒng)發(fā)來的運動命令。伺服控制系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)與車床的樞紐，其性能是影響數(shù)控車床的精度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。
數(shù)控車床進給伺服系統(tǒng)的組成
車床進給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)與車床進給機械傳動機構(gòu)組成。車床進給機械傳動機構(gòu)通常由減速齒輪、滾珠絲杠、車床導(dǎo)軌和工作臺拖板等組成。伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，按其反饋信號的有無，分為開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式。對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，只能由步進電動機驅(qū)動，它由步進電動機驅(qū)動電源與電動機組成。閉環(huán)伺服系統(tǒng)則分為直流電動機和交流電動機兩種驅(qū)動方式，并且均為雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用作速度反饋的檢測裝置為測速發(fā)電機、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個獨立的單元部件，由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器及功率驅(qū)動放大器等部分組成。位置環(huán)由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等部分組成。根據(jù)其位置檢測信號所取部位的不同，它又分為半閉環(huán)與全閉環(huán)兩種。半閉環(huán)采用轉(zhuǎn)角位置檢測裝置．安裝于滾珠絲杠端部，或直接與伺服電動機轉(zhuǎn)子的后端相連(與伺服電動機成一體)。對于全閉環(huán)系統(tǒng)，需要采用直線位置檢測裝置，安裝于車床導(dǎo)軌與工作臺拖板之間。
伺服驅(qū)動裝置是CNC裝置和車床的聯(lián)系環(huán)節(jié)。CNC裝置發(fā)出的控制信息通過伺服驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的運動，完成程序所規(guī)定的操作。伺服驅(qū)動裝置應(yīng)具有信號放大控制能力，根據(jù)CNC裝置發(fā)出的控制信息對車床移動部件的位置和速度進行控制。
伺服系統(tǒng)的分類
伺服系統(tǒng)有多種分類方法。按執(zhí)行元件，可分為直流伺服電機、交流伺服電機和步進電機驅(qū)動系統(tǒng)；按有無檢測元件和反饋環(huán)節(jié)，可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)：按被控制量的性質(zhì)，可分為位置伺服系統(tǒng)和速度伺服系統(tǒng)。
數(shù)控車床的精度與其使用的伺服系統(tǒng)類型有關(guān)。步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)的定位精度是m005“0 01mm。對精度要求高的大型數(shù)控設(shè)備，通常采用交流或直流，閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，同時對傳動機構(gòu)也必須采取相應(yīng)措施，如采用高精度滾珠絲杠等。閉環(huán)伺服系統(tǒng)定位精度可達0 001～0 003mm．
數(shù)控車床對伺服驅(qū)動的要求
數(shù)控車床將高效率、高精度和高柔性集中于一體，而數(shù)控車床技術(shù)水平的提高首先依賴于進給和主軸驅(qū)動特征的改善以及功能的擴大。因此，數(shù)控車床對進給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求。由于各種數(shù)控車床所完成的加工任務(wù)不同，它們對進給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通�？筛爬橐韵聨讉�方面。
(1)穩(wěn)定性。也就是要求系統(tǒng)有較好的抗干擾性，保證電源、環(huán)境、負載等所產(chǎn)生的波動對其影響甚小，有較硬的調(diào)速機械特性，過載能力強，性能穩(wěn)定，適應(yīng)性好，以確保工件加工的一致性。
(2)高精度。為滿足數(shù)控加工精度的要求，關(guān)鍵要保證數(shù)控車床的定位精度和進給跟蹤精度。這也是伺服系統(tǒng)靜態(tài)特性與動態(tài)特性指標(biāo)是否優(yōu)良的具體表現(xiàn)。
(3)速度范圍寬。為適應(yīng)不同的加工條件，例如加工零件的材料、尺寸、部位以及刀具的種類和冷卻方式等不同，數(shù)控車床的進給速度需在很寬的范圍內(nèi)無級變化。這就要求伺服電機有很寬的調(diào)速范圍和優(yōu)異的調(diào)速特性。
(4)具有足夠的傳動剛性和速度穩(wěn)定性。要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜態(tài)與動態(tài)負載特性，即伺服系統(tǒng)在負載或切削條件發(fā)生變化時，應(yīng)使進給速度保持恒定。剮性良好的系統(tǒng)．負載力矩的變化對進給速度影響很小。
(5)響應(yīng)快速并無超調(diào)。為了保證輪廓切削形狀精度和加工表面粗糙度，要求伺服系統(tǒng)除了有較高的定位精度外，還應(yīng)有趣好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。
(6)可逆運行�？赡孢\行要求能靈活地正反向運行。在加工過程中，車床工作臺處于隨機狀態(tài)，根據(jù)加工軌跡的要求，隨時都可能實現(xiàn)正向或反向運動。同時要求在方向變化時，不應(yīng)有反向間隙和運動的損失。
(7)低速大轉(zhuǎn)矩。數(shù)控車床的加工特點是在低速時進行重切削。因此，要求伺服系統(tǒng)在低速時，進給驅(qū)動要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。
(8)準(zhǔn)確性。為確保加工質(zhì)量，除要求系統(tǒng)穩(wěn)定外，還必須有較高的準(zhǔn)確定位精度。數(shù)控車床由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令自動完成整個加工過程，它不像普通車床那樣，中間可以由操作者進行工件測量，之后再通過操縱手輪來修正加工偏差，而是按加工程序一次完成加工．所以，進給系統(tǒng)的定位精度直接決定了工件的加工精度，這也是考核數(shù)控車床的一項至關(guān)重要的性能指標(biāo)。
典型伺服裝置的組成
數(shù)控伺服系統(tǒng)由伺服電機(M)、驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路、電子驅(qū)動放大模塊、電流調(diào)解單元、速度調(diào)解單元、位置調(diào)解單元和相應(yīng)的檢測裝置(如光電脈沖編碼器G)等組成。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)：這是一個三環(huán)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，外環(huán)是位置環(huán)．中環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。
位置環(huán)由位置調(diào)節(jié)控制模塊、位置檢測和反饋控制部分組成。速度環(huán)由速度比較調(diào)節(jié)器、速度反饋和速度檢測裝置(如測速發(fā)電機、光電脈沖編碼器等)組成。
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