數控機床伺服系統的分類(lèi)數控機床伺服系統按用途和功能分為進(jìn)給驅動(dòng)系統和主軸驅動(dòng)系統;按控制原理和有無(wú)檢測反饋環(huán)節分為開(kāi)環(huán)伺服系統、閉環(huán)伺服系統和半閉環(huán)伺服系統;按使用的執行元件分為電液伺服系統和電氣伺服系統。
(1)進(jìn)給驅動(dòng)系統:是用于數控機床工作臺坐標或刀架坐標的控制系統,控制機床各坐標軸的切削進(jìn)給運動(dòng),并提供切削過(guò)程所需的力矩。主要關(guān)心其力矩大小、調速范圍大小、調節精度高低、動(dòng)態(tài)響應的快速性。進(jìn)給驅動(dòng)系統一般包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。
(2)主軸驅動(dòng)系統:用于控制機床主軸的旋轉運動(dòng),為機床主軸提供驅動(dòng)功率和所需的切削力。主要關(guān)心其是否有足夠的功率、寬的恒功率調節范圍及速度調節范圍;它只是一個(gè)速度控制系統。
2.數控機床伺服系統按使用的執行元件分:
(1)電液伺服系統其伺服驅動(dòng)裝置是電液脈沖馬達和電液
伺服馬達。其優(yōu)點(diǎn)是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;其缺點(diǎn)是液壓系統需要供油系統,體積大、噪聲、漏油等。
?。?)電氣伺服系統其伺服驅動(dòng)裝置伺服電機(如步進(jìn)電機、直流電機和交流電機等)。其優(yōu)點(diǎn)是操作維護方便,可靠性高。其中,1)直流伺服系統其進(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。其優(yōu)點(diǎn)是調速性能好;其缺點(diǎn)是有電刷,速度不高。2)交流伺服系統其進(jìn)給運動(dòng)系統采用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)是結構簡(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.數控機床伺服系統按控制原理分
開(kāi)環(huán)伺服系統系統中沒(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。
開(kāi)環(huán)伺服系統的特點(diǎn):
1.一般以功率步進(jìn)電機作為伺服驅動(dòng)元件。
2.無(wú)位置反饋,精度相對閉環(huán)系統來(lái)講不高,機床運動(dòng)精度主要取決于伺服驅動(dòng)電機和機械傳動(dòng)機構的性能和精度。步進(jìn)電機步距誤差,齒輪副、絲杠螺母副的傳動(dòng)誤差都會(huì )反映在零件上,影響零件的精度。
3.結構簡(jiǎn)單、工作穩定、調試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉;因此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。
閉環(huán)伺服系統系統中有反饋控制系統,位置采樣點(diǎn)從工作臺引出,可直接對最終運動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測;能得到更高的速度、精度和驅動(dòng)功率。閉環(huán)伺服系統的特點(diǎn):
1.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。從理論上講,機床運動(dòng)精度只取決于檢測裝置的精度,與傳動(dòng)鏈誤差無(wú)關(guān)。但實(shí)際對傳動(dòng)鏈和機床結構仍有嚴格要求。
2.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。
半閉環(huán)伺服系統系統的位置采樣點(diǎn)是從伺服電機或絲杠的端部引出,采樣旋轉角度進(jìn)行檢測,不是直接檢測最終運動(dòng)部件的實(shí)際位置。
半閉環(huán)伺服系統的特點(diǎn):
1.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。
2.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。
3.由于半閉環(huán)伺服系統結構簡(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。
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