CNC伺服組成

在精雕機中較關(guān)鍵的是伺服系統結構組成如下

伺服系統是指以機械位置或角度作為控制對象的自動(dòng)控制系統。它接受來(lái)自數控裝置的進(jìn)給指令信號，經(jīng)變換、調節和放大后驅動(dòng)執行件，轉化為直線(xiàn)或旋轉運動(dòng)。伺服系統是數控裝置(計算機)和機床的聯(lián)系環(huán)節，是數控機床的重要組成部分。

數控機床伺服系統又稱(chēng)為位置隨動(dòng)系統、驅動(dòng)系統、伺服機構或伺服單元。

該系統包括了大量的電力電子器件，結構復雜，綜合性強。

進(jìn)給伺服系統是數控系統主要的子系統。如果說(shuō)C裝置是數控系統的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統則是數控系統的“四肢”，是一種“執行機構”。它忠實(shí)地執行由CNC裝置發(fā)來(lái)的運動(dòng)命令，準確控制執行部件的運動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。

一、伺服系統的組成

組成：伺服電機

            驅動(dòng)信號控制轉換電路

            電子電力驅動(dòng)放大模塊

            位置調節單元

            速度調節單元

            電流調節單元

            檢測裝置

一般閉環(huán)系統為三環(huán)結構：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。

位置、速度和電流環(huán)均由：調節控制模塊、檢測和反饋部分組成。電力電子驅動(dòng)裝置由驅動(dòng)信號產(chǎn)生電路和功率放大器組成。

   嚴格來(lái)說(shuō)：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。

位置、速度和電流環(huán)均由：調節控制模塊、檢測和反饋部分組成。電力電子驅動(dòng)裝置由驅動(dòng)信號產(chǎn)生電路和功率放大器組成。

   嚴格來(lái)說(shuō)：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。

二、對伺服系統的基本要求

1．精度高    

伺服系統的精度是指輸出量能復現輸入量的準確程度。包括定位精度和輪廓加工精度。

2．穩定性好  

穩定是指系統在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節過(guò)程后，達到新的或者恢復到原來(lái)的平衡狀態(tài)。直接影響數控加工的精度和表面粗糙度。

3．快速響應  

快速響應是伺服系統動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標，它反映了系統的跟蹤精度。

4．調速范圍寬

調速范圍是指生產(chǎn)機械要求電機能提供的較高轉速和較低轉速之比。0～24m / min。

5．低速大轉矩

進(jìn)給坐標的伺服控制屬于恒轉矩控制，在整個(gè)速度范圍內都要保持這個(gè)轉矩；主軸坐標的伺服控制在低速時(shí)為恒轉矩控制，能提供較大轉矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。

對伺服電機的要求：

（1）調運范圍寬且有良好的穩定性，低速時(shí)的速度平穩性

（2）電機應具有大的、較長(cháng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿(mǎn)足低速大轉矩的要求。

（3）反應速度快，電機必須具有較小的轉動(dòng)慣量、較大的轉矩、盡可能小的機電時(shí)間常數和很大的加速度 (400rad / s2以上)。

（4）能承受頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉。

三、伺服系統的分類(lèi)

1．按調節理論分類(lèi)

（1）開(kāi)環(huán)伺服系統  

（2）閉環(huán)伺服系統   

（3）半閉環(huán)伺服系統

開(kāi)環(huán)數控系統

沒(méi)有位置測量裝置，信號流是單向的（數控裝置→進(jìn)給系統），故系統穩定性好。

無(wú)位置反饋，精度相對閉環(huán)系統來(lái)講不高，其精度主要取決于伺服驅動(dòng)系統和機械傳動(dòng)機構的性能和精度。

一般以功率步進(jìn)電機作為伺服驅動(dòng)元件。

這類(lèi)系統具有結構簡(jiǎn)單、工作穩定、調試方便、維修簡(jiǎn)單、廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應用。一般用于經(jīng)濟型數控機床

半閉環(huán)數控系統

半閉環(huán)數控系統的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅動(dòng)裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測運動(dòng)部件的實(shí)際位置。

半閉環(huán)環(huán)路內不包括或只包括少量機械傳動(dòng)環(huán)節，因此可獲得穩定的控制性能，其系統的穩定性雖不如開(kāi)環(huán)系統，但比閉環(huán)要好。

由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動(dòng)誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開(kāi)環(huán)好。但可對這類(lèi)誤差進(jìn)行補償，因而仍可獲得滿(mǎn)意的精度。

半閉環(huán)數控系統結構簡(jiǎn)單、調試方便、精度也較高，因而在現代CNC機床中得到了廣泛應用。

全閉環(huán)數控系統

全閉環(huán)數控系統的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線(xiàn)所示，直接對運動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測。全閉環(huán)數控系統

全閉環(huán)數控系統的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線(xiàn)所示，直接對運動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測。從理論上講，可以消除整個(gè)驅動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節的誤差、間隙和失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。

由于位置環(huán)內的許多機械傳動(dòng)環(huán)節的摩擦特性、剛性和間隙都是非線(xiàn)性的，故很容易造成系統的不穩定，使閉環(huán)系統的設計、安裝和調試都相當困難。

該系統主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車(chē)床、超精磨床以及較大型的數控機床等。

2．按使用的執行元件分類(lèi)

（1）電液伺服系統 電液脈沖馬達和電液伺服馬達。

     優(yōu)點(diǎn)：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常數小、反應快和速度平穩。

      缺點(diǎn)：液壓系統需要供油系統，體積大。噪聲、漏油。

（2）電氣伺服系統 伺服電機（步進(jìn)電機、直流電機和交流電機）

      優(yōu)點(diǎn)：操作維護方便，可靠性高。

    1）直流伺服系統進(jìn)給運動(dòng)系統采用大慣量寬調速永磁直流伺服電機和中小慣量直流伺服電機；主運動(dòng)系統采用他激直流伺服電機。優(yōu)點(diǎn)：調速性能好。缺點(diǎn)：有電刷，速度不高。

    2）交流伺服系統交流感應異步伺服電機（一般用于主軸伺服系統）和永磁同步伺服電機（一般用于進(jìn)給伺服系統）。優(yōu)點(diǎn)：結構簡(jiǎn)單、不需維護、適合于在惡劣環(huán)境下工作。動(dòng)態(tài)響 應好、轉速高和容量大。

3．按被控對象分類(lèi)

       （1）進(jìn)給伺服系統 指一般概念的位置伺服系統，包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。

       （2）主軸伺服系統 只是一個(gè)速度控制系統。

4．按反饋比較控制方式分類(lèi)

       （1）脈沖、數字比較伺服系統

       （2）相位比較伺服系統

       （3）幅值比較伺服系統