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数控机床伺服进给系统的基本形式 {数控机床维修} 来源:数控车床数控机床网 时间:2022-06-11 10:25 点击:
本文摘要:...
根据控制系统的结构,数控机床中使用的伺服进给系统可分为四种类型:开环控制、闭环控制、半闭环控制和混合控制。 没有位置反馈装置的伺服进给系统称为开环控制系统。 采用步进电机(包括电液脉冲电机)作为伺服执行机构是其最明显的特点。 在开环控制系统中,数控装置输出的脉冲通过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件进行处理,然后在驱动电路中进行功率放大后控制步进电机,最后控制步进电机的角位移。 步进电机通过减速器(或直连)带动丝杠转动,角位移通过丝杠转化为运动部件的直线位移。 因此,通过控制步进电机的旋转角度和速度,可以间接控制移动部件的移动速度和位移。 图1a是开环控制伺服驱动系统的结构示意图。 具有开环控制系统的数控机床结构简单,制造成本低。但由于系统并不检测运动部件的实际位移,因此无法通过反馈自动检测并修正误差。 另外,步进电机的步距角误差、齿轮和丝杠的传动误差等。,最终会影响加工零件的精度。特别是当负载转矩超过电机输出转矩时,会导致步进电机“失步”,使加工无法进行。 所以开环控制只适用于加工精度低、负载轻、变化小的简单经济型数控机床。 半闭环控制数控机床的特点是机床的驱动丝杠或伺服电机上装有角位移检测装置(如光电编码器等。),通过它可以检测电机或螺杆的旋转角度,从而间接检测运动部件的位移。 角位移信号反馈给数控装置或伺服驱动器,实现从给定位置到电机输出角度的闭环自动调节。 同样,由于伺服电机与螺杆相连,旋转运动可以通过螺杆转化为运动部件的直线位移,从而间接控制运动部件的运动速度和位移。 这种结构只控制闭环中电机或丝杠的角位移,而不控制最终输出的直线位移,所以称为“半闭环”控制系统。 采用半闭环控制系统的数控机床,电气控制与机械传动界限明显,便于调试、维护和故障诊断。而且间隙、摩擦死区、机械零件刚度等非线性环节都在闭环之外,所以系统稳定性好。 伺服电机和光电编码器通常集成在一起,电机和丝杠可以直接连接,也可以通过减速器连接;检测单元与实际最小移动单元的匹配可以通过数控系统的参数(俗称“电子齿轮比”)来设定。 它具有传动系统简单、结构紧凑、制造成本低、性价比高等特点,因此在数控机床中得到了广泛的应用。 图1b和c是半闭环控制数控机床的伺服驱动部分的结构示意图。 图1b示出了带有编码器的伺服电机,图1c示出了安装在螺杆上的编码器。 图1伺服驱动结构示意图A)开环控制B)C)半闭环控制D)闭环控制由于闭环控制系统的工作特性,其对机械结构和传动系统的要求高于半闭环,传动系统的刚度、间隙、导轨爬行等各种非线性因素会直接影响系统的稳定性,严重时甚至会产生振荡。 解决上述问题的最好方法是采用直线电机作为驱动系统的执行机构。 用直线电机驱动可以完全取消传动系统中把旋转运动变成直线运动的环节,大大简化机械传动系统的结构,实现所谓的“零传动” 从根本上消除了传动环节对精度、刚性、快速性和稳定性的影响,因此可以获得比传统进给驱动系统更高的定位精度、快进速度和加速度。 数控机床的伺服系统原则上应包括从给定位置指令脉冲到实际位置输出的所有环节,包括位置控制、速度控制、驱动电机、检测元件等。 然而,在许多系统中,为了制造方便,伺服系统的位置控制部分通常与CNC装置集成在一起。因此,人们通常所说的机床伺服进给系统,一般是指伺服进给系统的速度控制单元、伺服电机和检测元件,而不包括位置控制部分。 根据伺服进给系统所用伺服电机的类型,半闭环和闭环数控机床常用的伺服进给系统可分为DC伺服驱动和交流伺服驱动。 70-80年代,数控机床普遍采用DC伺服驱动;80年代中后期以来,数控机床多采用交流伺服驱动。 一般来说,DC传动系统根据其主电路中使用的功率放大元件的类型可分为两种:晶闸管调速系统(简称SCR调速系统)和晶体管脉宽调制调速系统(简称PWM调速系统)。 在控制上,可以采用模拟控制,也可以采用数字控制,所以在某些情况下又分为模拟控制和数字控制。 交流伺服系统一般采用PWM调制信号控制功率晶体管驱动放大主电路,按其指令信号和控制类型可分为模拟伺服和数字伺服。 早期的交流伺服系统一般是模拟伺服系统,而现在的交流伺服系统是数字量控制的全数字交流伺服系统。




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