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快乐生活一点通:试述数控机床伺服系统的组成

数控机床伺服系统的组成结构和基本要求:

一、数控机床伺服系统的组成结构:

1、数控机床伺服系统包括进给伺服系统和主轴伺服系统。数控机床伺服系统是数控系统和机床机械传动部件间的连接环节,是数控机床的重要组成部分。伺服系统是以机床运动部件位置为控制量的自动控制系统,它根据数控系统插补运算生成的位置指令,精确地变换为机床移动部件的位移(包括直线位移和角位移),直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和定位的性能。一般所说的伺服系统是指进给伺服系统。2、进给伺服系统用于控制机床各坐标轴的切削进给运动,是一种精密的位置跟踪、定位系统,它包括速度控制和位置控制,是一般概念的伺服驱动系统;进给伺服系统主要由以下几个部分组成:伺服驱动电路、伺服驱动装置(电机)、位置检测装置、机械传动机构以及执行部件。进给伺服系统接受数控系统发出的进给位移和速度指令信号,由伺服驱动电路作一定的转换和放大后经伺服驱动装置和机械传动机构,驱动机床的执行部件进行工作进给和快速进给。3、 主轴伺服系统用于控制机床主轴的旋转运动和切削过程中的转矩和功率,一般只以速度控制为主。

二、数控机床伺服系统的基本要求:

1、数控机床的高效率、高精度主要取决于进给伺服系统的性能。因此数控机床对进给伺服系统的位置控制、速度控制、伺服电动机、机械传动等方面都有很高的要求。2、要求具有可逆行的能力:在加工过程中,机床工作台根据加工轨迹的要求,随时都可以实现正向或反向运动,同时要求在方向变化时,不应有反向间隙和运动的损失。数控机床一般采用具有削除反向间隙能力的传动机构,如滚珠丝杠。3、要求具有较宽的调整范围:为适应不同的加工条件,数控机床要求进给在很宽的范围内无级变化。这就要求伺服电动机有很宽的调整范围和优异的调整特性。经过机械传动后电动机转速的变化范围即可转换为进给速度的变化范围。对一般数控机床而言,进给速度范围在0-24时都可以满足加工要求。通常在这样的速度范围还可以提出以下更细的技术要求。1)在1-2400mm/min即1:2400调速范围内,要求均匀、稳定、无爬行、且速降小。2)在1mm/min以下时具有一定的瞬时速度,但平均速度很低。3)在零速度时,即工作台停止运动时,要求电动机有电磁转矩以维持定位精度,使定位误差不超过系统的允许范围,即电动机处于伺服锁定转态。4、要求具有足够的传动刚性和较高的速度稳定性:伺服系统在不同的负载情况下或切削条件发生变化时应使进给系统速度稳定,即具有良好的静态与动太负载特性。刚性良好的系统,速度负载力矩变化的影响很小。通常要求承受的额定矩变化时静态速降应小于5%,动态速降应小于10%。5、要求具有快速响应的能力:为保证轮廓切削开关的高精度和低的表面粗糙度,对位置伺服系统除了要求国交高的定位精度外,还要求有良好的快速响应特性,即要求跟踪指令信号的响应快速。这主要有两方面的要求;一是伺服系统处于频繁的启动、制动、加速、减速等动态过程时,为了提高生产效率和保证加工质量,要求加、减速度足够大,以缩短过渡过程时间,一般电动机速度由零到最大,或从最大减少到零,时间应控制在200MS以下,甚至少于几十毫秒,且速度变化时不应有超调;二是当负载突变时过渡过程恢复时间要短且无振荡,这样才能得到光滑的加工表面。6、要求具有高精度:为了满足数控加工精度的要求,关键是保证数控机床的定位精度和进给精度。这是伺服系统性能的重要指标。位置伺服系统的定位精度一般要求能达到1pm甚至0.1pm,相应地,对伺服系统的分辨力也提出了要求。分辨力是指当伺服系统接受CNC送来的一个脉冲时工作台相应移动的距离,也称脉冲当量。系统力取决于系统稳定工作性能和所使用的位置检测元件。目前的闭环伺服系统都能达到1pm的分辨力(脉冲当量)。高精度数控机床可达到0.1pm的分辨力甚至更小。7、要求低速时仍有较大的输入转矩。8、低速时进给鸡翅要有大的转矩输出,以满足低速进给切削的要求。

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