CNC伺服組成

在精雕機中較關(guān)鍵的是伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下

伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置(計算機)和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。

數(shù)控機床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、伺服機構(gòu)或伺服單元。

該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復雜，綜合性強。

進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說C裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢”，是一種“執(zhí)行機構(gòu)”。它忠實地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)來的運動命令，準確控制執(zhí)行部件的運動方向，進給速度與位移量。

一、伺服系統(tǒng)的組成

組成：伺服電機

            驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路

            電子電力驅(qū)動放大模塊

            位置調(diào)節(jié)單元

            速度調(diào)節(jié)單元

            電流調(diào)節(jié)單元

            檢測裝置

一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。

位置、速度和電流環(huán)均由：調(diào)節(jié)控制模塊、檢測和反饋部分組成。電力電子驅(qū)動裝置由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和功率放大器組成。

   嚴格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。

位置、速度和電流環(huán)均由：調(diào)節(jié)控制模塊、檢測和反饋部分組成。電力電子驅(qū)動裝置由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和功率放大器組成。

   嚴格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。

二、對伺服系統(tǒng)的基本要求

1．精度高    

伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復現(xiàn)輸入量的準確程度。包括定位精度和輪廓加工精度。

2．穩(wěn)定性好  

穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態(tài)。直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。

3．快速響應  

快速響應是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。

4．調(diào)速范圍寬

調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機械要求電機能提供的較高轉(zhuǎn)速和較低轉(zhuǎn)速之比。0～24m / min。

5．低速大轉(zhuǎn)矩

進給坐標的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個速度范圍內(nèi)都要保持這個轉(zhuǎn)矩；主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。

對伺服電機的要求：

（1）調(diào)運范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時的速度平穩(wěn)性

（2）電機應具有大的、較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。

（3）反應速度快，電機必須具有較小的轉(zhuǎn)動慣量、較大的轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機電時間常數(shù)和很大的加速度 (400rad / s2以上)。

（4）能承受頻繁的起動、制動和正反轉(zhuǎn)。

三、伺服系統(tǒng)的分類

1．按調(diào)節(jié)理論分類

（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)  

（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)   

（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度。

一般以功率步進電機作為伺服驅(qū)動元件。

這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。

半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。

由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應用。

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。

由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設計、安裝和調(diào)試都相當困難。

該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。

2．按使用的執(zhí)行元件分類

（1）電液伺服系統(tǒng) 電液脈沖馬達和電液伺服馬達。

     優(yōu)點：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數(shù)小、反應快和速度平穩(wěn)。

      缺點：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲、漏油。

（2）電氣伺服系統(tǒng) 伺服電機（步進電機、直流電機和交流電機）

      優(yōu)點：操作維護方便，可靠性高。

    1）直流伺服系統(tǒng)進給運動系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺服電機和中小慣量直流伺服電機；主運動系統(tǒng)采用他激直流伺服電機。優(yōu)點：調(diào)速性能好。缺點：有電刷，速度不高。

    2）交流伺服系統(tǒng)交流感應異步伺服電機（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和永磁同步伺服電機（一般用于進給伺服系統(tǒng)）。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、不需維護、適合于在惡劣環(huán)境下工作。動態(tài)響 應好、轉(zhuǎn)速高和容量大。

3．按被控對象分類

       （1）進給伺服系統(tǒng) 指一般概念的位置伺服系統(tǒng)，包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。

       （2）主軸伺服系統(tǒng) 只是一個速度控制系統(tǒng)。

4．按反饋比較控制方式分類

       （1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)

       （2）相位比較伺服系統(tǒng)

       （3）幅值比較伺服系統(tǒng)