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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(jī)床　關(guān)鍵字：機(jī)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(jī)床(主機(jī))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(dòng)執(zhí)行件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，并將運(yùn)動(dòng)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(jī)床執(zhí)行件的靜態(tài)和動(dòng)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(gè)獨(dú)立部分，與數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床(主機(jī))并列為數(shù)控機(jī)床的三大組成部分。按IsO標(biāo)準(zhǔn)，伺服系統(tǒng)是一種自動(dòng)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(duì)應(yīng)輸入量的值。它與一般機(jī)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(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)元件組成伺服系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。
目前在數(shù)控機(jī)床上，已經(jīng)很少采用液壓伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)元件主要是各種伺服電機(jī)。在小型和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上還使用步進(jìn)電機(jī)。中高檔數(shù)控機(jī)床幾乎都采用直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)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(yùn)動(dòng)來源于偏差信號(hào)，必須具有負(fù)反饋電路，始終處于過渡過程狀態(tài)，而在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)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(dòng)態(tài)特征。伺服系統(tǒng)除滿足運(yùn)動(dòng)要求外，還應(yīng)具有趣好的動(dòng)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(jī)床中最簡(jiǎn)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(dòng)路線送到步進(jìn)電機(jī)，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(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。指令脈沖的頻率決定步進(jìn)電機(jī)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(cè)反饋裝置，系統(tǒng)中各個(gè)部位的誤差，如步進(jìn)電機(jī)的步距誤差、啟停誤差、機(jī)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(jī)性能的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)整，在精度要求不太高的場(chǎng)合中應(yīng)用仍然比較廣泛。
②閉環(huán)控制系統(tǒng)。因?yàn)殚_環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機(jī)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(cè)裝置(如直線感應(yīng)同步器、長(zhǎng)光柵等)對(duì)數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)位移進(jìn)行直接測(cè)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(jī)床移動(dòng)用位置檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，并將測(cè)量的實(shí)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(hào)放大，并控制伺服電機(jī)帶動(dòng)數(shù)控機(jī)床移動(dòng)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(jī)床本身包括在位置控制環(huán)之內(nèi)，因此機(jī)械系統(tǒng)引起的誤差可由反饋控制得以清除，但數(shù)控機(jī)床本身的固有頻率、阻尼、間隙等因素的影響，增大了設(shè)計(jì)和調(diào)試的困難。用環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)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(jī)床。
根據(jù)輸入比較的信號(hào)形式以及反饋檢測(cè)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(hào)和反饋信號(hào)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(hào)和反饋信號(hào)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(cè)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(jī)，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(cè)裝置有兩種安裝方式。

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