帶您來(lái)認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)

時(shí)間：2015-11-21作者：東莞市達(dá)林電子科技有限公司瀏覽：118

	 伺服系統(tǒng)按用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。按有無(wú)反饋檢測(cè)元件分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。按執(zhí)行元件的不同，分為步進(jìn)伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。


	　　步進(jìn)伺服系統(tǒng)


	　　在20世紀(jì)60年代以前，步進(jìn)伺服系統(tǒng)是以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓伺服電動(dòng)機(jī)或是以功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)為特征，伺服系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制。


	　　步進(jìn)伺服系統(tǒng)接受脈沖信號(hào)，它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過(guò)的角焊錫機(jī)器人度取決于指令脈沖的頻率或個(gè)數(shù)。由于沒(méi)有檢測(cè)和反饋環(huán)節(jié)，步進(jìn)電機(jī)的精度取決于步距角的精度，齒輪傳動(dòng)間隙等，所以它的精度較低。而且步進(jìn)電機(jī)在低頻時(shí)易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，它的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降。又由于步進(jìn)伺服系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大時(shí)易出現(xiàn)"丟步"或"堵轉(zhuǎn)"現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高容易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象。另外步進(jìn)電機(jī)從靜止加 速到工作轉(zhuǎn)速需要的時(shí)間也較長(zhǎng)，速度響應(yīng)較慢。但是由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，工作可靠，價(jià)格較低的特點(diǎn)，在許多要求不高的場(chǎng)合還是可以應(yīng)用的。


	　　直流伺服系統(tǒng)


	　　60～70年代后，數(shù)控系統(tǒng)大多采用直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能。輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，伺服系統(tǒng)也由開(kāi)環(huán)控制發(fā)展為閉環(huán)控制，因而在工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域獲得了較加廣泛的運(yùn)用。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，其相應(yīng)設(shè)備如精密數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等對(duì)電伺服系統(tǒng)提出越來(lái)越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)采用的是機(jī)械式 換向器，在應(yīng)用過(guò)程中面臨很多問(wèn)題，如電刷和換向器易磨損，維護(hù)工作量大，成本高;換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電機(jī)的較高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制;直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對(duì)其他設(shè)備易產(chǎn)生干擾。


	　　這些問(wèn)題的存在，限制了直流伺服系統(tǒng)在高精度、高性能要求伺服驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用。


	　　交流伺服系統(tǒng)


	　　針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，人們一直在努力尋求以交流伺服電動(dòng)機(jī)取代具**械換向器和電刷的直流伺服電動(dòng)機(jī)的方法，以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是高精度、高性能伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的需要。但是由于交流電機(jī)涂裝生產(chǎn)線具有強(qiáng)耦合，非線性的特性，控制非常復(fù)雜，所以高性能運(yùn)用一直受到局限。自80年代以來(lái)，隨著電子電力等各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，在矢量控制算法方面的突破，原來(lái)一直困擾著交流電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題得以解決，交流伺服發(fā)展地越來(lái)越快。


	


數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求:


	　　精度高 數(shù)控機(jī)床不可能像傳統(tǒng)機(jī)床那樣用手動(dòng)操作來(lái)調(diào)整和補(bǔ)償各種誤差，因此它要求很高的定位精度和重復(fù)定位精度。


	　　快速響應(yīng)特性好


	　　快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一。它要求伺服系統(tǒng)跟隨指令信號(hào)不僅跟隨誤差小，而且響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。在系統(tǒng)給定輸入后，能在短暫的調(diào)節(jié)之后達(dá)到新的平衡或是受到外界干擾作用下能迅速恢復(fù)原來(lái)的平衡狀態(tài)。


	　　調(diào)速范圍大


	　　由于工件材料、刀具以及加工要求不同，要保證數(shù)控機(jī)床在任何情況下都能得到較佳的切削條件，伺服系統(tǒng)就必須有足夠的調(diào)速范圍，既能滿足高速加工要求，又能滿足低速進(jìn)給要求。調(diào)速范圍一般大于1:10000。而且在低速切削時(shí)，還要求有較大穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩輸出。


	　　系統(tǒng)可靠性要好


	　　數(shù)控機(jī)床的使用率要求很高，常常是24小時(shí)連續(xù)工作不能停機(jī)，因而要求工作可靠。


	　　數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的基本組成如圖2 所示。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)按有無(wú)反饋檢測(cè)元件分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)控制單元是將伺服馬達(dá)進(jìn)給指令轉(zhuǎn)化為執(zhí)行元件所需要的信號(hào)，執(zhí)行元件將該信號(hào)轉(zhuǎn)為機(jī)械位移。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有反饋檢測(cè)元件和比較控制環(huán)這些是閉環(huán)控制系統(tǒng)必須的部分。


	　　　交流伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)


	　　交流伺服系統(tǒng)除了具有穩(wěn)定性好、快速性好、精度高的特點(diǎn)外，與直流伺服電機(jī)系統(tǒng)相比有一系列優(yōu)點(diǎn):


	　　交流電機(jī)不存在換向器圓周調(diào)速限制，也不存在電樞元件中電抗電勢(shì)數(shù)值限制，其轉(zhuǎn)速限制可以設(shè)計(jì)得比相同功率的直流電機(jī)高。


	　　調(diào)速范圍寬，目前大多數(shù)的交流伺服電機(jī)的自動(dòng)噴涂機(jī)變速比可以達(dá)到1:5000，高性能的伺服電機(jī)的變速比已達(dá)1:10000以上。滿足數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)調(diào)速范圍寬、靜差率小的要求。


	　　矩頻特性好，交流電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。并且具有轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力，可克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。滿足機(jī)床伺服系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)相應(yīng)好、定位精度高的要求。


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