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數控銑床的伺服系統(tǒng)

日期：2010年07月02　來源：沈陽機床　關鍵字：機床
數控銑床的伺服系統(tǒng)
    伺服系統(tǒng)是連接數控系統(tǒng)(cNc)和數控機床(主機)的關鍵部分，它接受來自數控系統(tǒng)的指令，經過轉換和放大，驅動執(zhí)行件實現(xiàn)預期的運動，并將運動結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)的性能直接關系到數控機床執(zhí)行件的靜態(tài)和動態(tài)特性，影響其工作精度、負載能力、響應快慢和穩(wěn)定程度等。所以，至今伺服系統(tǒng)還被看作一個獨立部分，與數控系統(tǒng)和數控機床(主機)并列為數控機床的三大組成部分。按IsO標準，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輸入量的值。它與一般機床的進給系統(tǒng)有著本質的不同，進給系統(tǒng)的作用在于保證切削過程能略繼續(xù)進行，不能控制執(zhí)行件的位移和軌跡。伺服系統(tǒng)可以根據一定的指令信息，加以轉換和放大，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)一般由驅動控制單元、驅動元件、機械傳動部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅動控制單元和驅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)。
目前在數控機床上，已經很少采用液壓伺服系統(tǒng)，驅動元件主要是各種伺服電機。在小型和經濟型數控機床上還使用步進電機。中高檔數控機床幾乎都采用直流伺服電機和交流伺服電機。全數字伺服驅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，與輸出被調量進行比較，利用偏差值對系統(tǒng)進行自動調節(jié)t以消除偏差，使被調量跟蹤給定值。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，還應具有趣好的動力學特征。
①開環(huán)進給伺服系統(tǒng)。開環(huán)進給伺服系統(tǒng)是數控機床中最簡單的伺服系統(tǒng)，其控制原理在開環(huán)進給伺服系統(tǒng)中，數控裝置發(fā)出的指令脈沖經驅動路線送到步進電機，使其輸出軸轉過一定的角度，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電機的旋轉速度，指令脈沖數決定轉角的大小。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電機性能的限制。但由于其結構簡單、易于調整，在精度要求不太高的場合中應用仍然比較廣泛。
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(如直線感應同步器、長光柵等)對數控機床工作臺位移進行直接測量，并進行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)。
在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，數控機床移動用位置檢測裝置進行檢測，并將測量的實際位置反饋到輸入端與指令位置進行比較。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控機床移動部件朝若消除偏差的方向進給，直到偏差等于零為止。
由于閉環(huán)控制系統(tǒng)將數控機床本身包括在位置控制環(huán)之內，因此機械系統(tǒng)引起的誤差可由反饋控制得以清除，但數控機床本身的固有頻率、阻尼、間隙等因素的影響，增大了設計和調試的困難。用環(huán)控制系統(tǒng)的特點是精度高、系統(tǒng)結構復雜、制造成本高、調試維修困難，一般適用于大型精密機床。
根據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字脈沖表示的。
③半閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用旋轉型角度測量元件(脈沖編碼器、旋轉變壓器、圓感應同步器等)和伺服電機，按照反饋控制原理構成的位置伺服系統(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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