数控机床伺服系统.ppt

第4章

数控机床伺服系统
本章内容:
概述
驱动电动机
数控机床常用检测装置
位置控制和速度控制
本章教学要求:
本章让学生了解数控机床伺服系统在按控制理论进行分类时,不同类型的伺服系统的组成及特点。重点让学生掌握伺服系统各组成部分的工作原理及性能特点,以便将来更好地应用。
概述
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
伺服系统的分类:开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统
1)开环伺服系统
开环伺服系统不需要位置检测与反馈。
特点:结构简单、运行平稳、易于控制、价格低廉,使用和维修
简单。但精度不高,低速不稳定,高速扭矩小。
2)半闭环伺服系统
半闭环伺服系统的位置检测装置一般安装在电动机的轴上,或滚珠丝杠轴端,通过测量角位移间接地测量出移动部件的直线位移,然后反馈到数控系统中,与系统中的位置指令值进行比较,用比较后的差值控制移动部件移动,直到差值消除时才停止移动。
特点:系统容易达到较高的位置增益,不发生振荡现象,它的快速性好,动态精度高,传动机构的误差会影响到移动部件的位置精度。
至于传动链误差,如反向间隙、丝杠螺距累积误差可通过数控系统的参数设置来进行补偿,以提高机床的定位精度。
3)闭环伺服系统
闭环伺服系统的位置检测装置直接安装在机床移动部件上,如工作台上装直线位置检测装置,将检测到的实际位置反馈到数控系统中。
特点:控制精度高、调试和稳定困难,导致调整闭环环路时必须要降低位置增益,这又会对跟随误差与轮廓加工误差产生不利影响。所以采用闭环方式时必须增大机床的刚性,改善滑动面的摩擦特性,减少传动间隙,这样才有可能提高位置增益。
驱动电动机
驱动电动机是数控机床伺服系统的执行元件。用于驱动数控机床各坐标轴进给运动的称为进给电动机。用于驱动机床主运动的称为主轴电动机。
步进电动机
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置。
对步进电动机施加一个电脉冲信号时,它就旋转一个固定的角度,我们通常把它称为一步,每一步所转过的角度叫做步距角。步距角的计算公式为
式中: —步距角;
—转子齿数;
—定子的相数;
—拍数与相数的比例系数。
每个步距角对应工作台一个位移值,这个位移值称为脉
冲当量。
步进电动机的转速公式为
式中:n —转速(r/min);
f —控制脉冲频率,即每秒输入步进电动机的脉冲数;
θ—用度数表示的步距角。
因此,只要控制指令脉冲的数量即可控制工作台移动的位移量。步距角越小,它所达到的位置精度越高,因此实际使用的步进电动机一般都有较小的步距角。
由上式可知:工作台移动的速度由指令脉冲的频率所控制。