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第一節(jié)數控車床伺服驅動系統(tǒng)概述
日期：2010年06月04 來源：沈陽機床（集團） 關鍵字：車床
第一節(jié)數控車床伺服驅動系統(tǒng)概述
如果說CNC系統(tǒng)是數控車床的“大腦”，是發(fā)布“命令”的指揮機構，那么．伺服驅動系統(tǒng)便是數控車床的“四肢”，是執(zhí)行機構，它能準確地執(zhí)行由CNC系統(tǒng)發(fā)來的運動命令。伺服控制系統(tǒng)是連接數控系統(tǒng)與車床的樞紐，其性能是影響數控車床的精度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。
數控車床進給伺服系統(tǒng)的組成
車床進給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅動控制系統(tǒng)與車床進給機械傳動機構組成。車床進給機械傳動機構通常由減速齒輪、滾珠絲杠、車床導軌和工作臺拖板等組成。伺服驅動控制系統(tǒng)，按其反饋信號的有無，分為開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式。對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，只能由步進電動機驅動，它由步進電動機驅動電源與電動機組成。閉環(huán)伺服系統(tǒng)則分為直流電動機和交流電動機兩種驅動方式，并且均為雙閉環(huán)系統(tǒng)，內環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用作速度反饋的檢測裝置為測速發(fā)電機、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個獨立的單元部件，由速度調節(jié)器、電流調節(jié)器及功率驅動放大器等部分組成。位置環(huán)由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等部分組成。根據其位置檢測信號所取部位的不同，它又分為半閉環(huán)與全閉環(huán)兩種。半閉環(huán)采用轉角位置檢測裝置．安裝于滾珠絲杠端部，或直接與伺服電動機轉子的后端相連(與伺服電動機成一體)。對于全閉環(huán)系統(tǒng)，需要采用直線位置檢測裝置，安裝于車床導軌與工作臺拖板之間。
伺服驅動裝置是CNC裝置和車床的聯系環(huán)節(jié)。CNC裝置發(fā)出的控制信息通過伺服驅動裝置轉換成坐標軸的運動，完成程序所規(guī)定的操作。伺服驅動裝置應具有信號放大控制能力，根據CNC裝置發(fā)出的控制信息對車床移動部件的位置和速度進行控制。
伺服系統(tǒng)的分類
伺服系統(tǒng)有多種分類方法。按執(zhí)行元件，可分為直流伺服電機、交流伺服電機和步進電機驅動系統(tǒng)；按有無檢測元件和反饋環(huán)節(jié)，可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)：按被控制量的性質，可分為位置伺服系統(tǒng)和速度伺服系統(tǒng)。
數控車床的精度與其使用的伺服系統(tǒng)類型有關。步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)的定位精度是m005“0 01mm。對精度要求高的大型數控設備，通常采用交流或直流，閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，同時對傳動機構也必須采取相應措施，如采用高精度滾珠絲杠等。閉環(huán)伺服系統(tǒng)定位精度可達0 001～0 003mm．
數控車床對伺服驅動的要求
數控車床將高效率、高精度和高柔性集中于一體，而數控車床技術水平的提高首先依賴于進給和主軸驅動特征的改善以及功能的擴大。因此，數控車床對進給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求。由于各種數控車床所完成的加工任務不同，它們對進給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通�？筛爬橐韵聨讉�方面。
(1)穩(wěn)定性。也就是要求系統(tǒng)有較好的抗干擾性，保證電源、環(huán)境、負載等所產生的波動對其影響甚小，有較硬的調速機械特性，過載能力強，性能穩(wěn)定，適應性好，以確保工件加工的一致性。
(2)高精度。為滿足數控加工精度的要求，關鍵要保證數控車床的定位精度和進給跟蹤精度。這也是伺服系統(tǒng)靜態(tài)特性與動態(tài)特性指標是否優(yōu)良的具體表現。
(3)速度范圍寬。為適應不同的加工條件，例如加工零件的材料、尺寸、部位以及刀具的種類和冷卻方式等不同，數控車床的進給速度需在很寬的范圍內無級變化。這就要求伺服電機有很寬的調速范圍和優(yōu)異的調速特性。
(4)具有足夠的傳動剛性和速度穩(wěn)定性。要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜態(tài)與動態(tài)負載特性，即伺服系統(tǒng)在負載或切削條件發(fā)生變化時，應使進給速度保持恒定。剮性良好的系統(tǒng)．負載力矩的變化對進給速度影響很小。
(5)響應快速并無超調。為了保證輪廓切削形狀精度和加工表面粗糙度，要求伺服系統(tǒng)除了有較高的定位精度外，還應有趣好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快。
(6)可逆運行。可逆運行要求能靈活地正反向運行。在加工過程中，車床工作臺處于隨機狀態(tài)，根據加工軌跡的要求，隨時都可能實現正向或反向運動。同時要求在方向變化時，不應有反向間隙和運動的損失。
(7)低速大轉矩。數控車床的加工特點是在低速時進行重切削。因此，要求伺服系統(tǒng)在低速時，進給驅動要有大的轉矩輸出。
(8)準確性。為確保加工質量，除要求系統(tǒng)穩(wěn)定外，還必須有較高的準確定位精度。數控車床由數控系統(tǒng)發(fā)出指令自動完成整個加工過程，它不像普通車床那樣，中間可以由操作者進行工件測量，之后再通過操縱手輪來修正加工偏差，而是按加工程序一次完成加工．所以，進給系統(tǒng)的定位精度直接決定了工件的加工精度，這也是考核數控車床的一項至關重要的性能指標。
典型伺服裝置的組成
數控伺服系統(tǒng)由伺服電機(M)、驅動信號控制轉換電路、電子驅動放大模塊、電流調解單元、速度調解單元、位置調解單元和相應的檢測裝置(如光電脈沖編碼器G)等組成。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的典型結構：這是一個三環(huán)結構系統(tǒng)，外環(huán)是位置環(huán)．中環(huán)是速度環(huán)，內環(huán)為電流環(huán)。
位置環(huán)由位置調節(jié)控制模塊、位置檢測和反饋控制部分組成。速度環(huán)由速度比較調節(jié)器、速度反饋和速度檢測裝置(如測速發(fā)電機、光電脈沖編碼器等)組成。
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