数控技术第4章4.1节.ppt
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数数控控技技术术广东海洋大学工程学院第4章进给伺服驱动系统4.1概述概述4.2位置检测装置位置检测装置4.3进给电机及驱动进给电机及驱动4.4进给伺服系统的控制原理和方法进给伺服系统的控制原理和方法4.5伺服系统性能分析伺服系统性能分析14.1概述概述进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统(FeedServoSystem)(FeedServoSystem)定义定义定义定义以移动部件的位置和速度作为控制量,实现被控以移动部件的位置和速度作为控制量,实现被控以移动部件的位置和速度作为控制量,实现被控以移动部件的位置和速度作为控制量,实现被控制量跟踪指令信号变化的自动控制系统。
制量跟踪指令信号变化的自动控制系统。
制量跟踪指令信号变化的自动控制系统。
制量跟踪指令信号变化的自动控制系统。
作用作用作用作用:
是数控装置和机床机械传动部件的连接环节,是:
是数控装置和机床机械传动部件的连接环节,是:
是数控装置和机床机械传动部件的连接环节,是:
是数控装置和机床机械传动部件的连接环节,是数控机床的重要组成部分。
数控机床的重要组成部分。
数控机床的重要组成部分。
数控机床的重要组成部分。
功能:
功能:
功能:
功能:
接受数控装置发来的指令信号,信号经变换和放接受数控装置发来的指令信号,信号经变换和放接受数控装置发来的指令信号,信号经变换和放接受数控装置发来的指令信号,信号经变换和放大由执行元件(伺服电机)将其转变为角位移或直线位大由执行元件(伺服电机)将其转变为角位移或直线位大由执行元件(伺服电机)将其转变为角位移或直线位大由执行元件(伺服电机)将其转变为角位移或直线位移,从而实现驱动数控机床各运动部件的进给运动。
移,从而实现驱动数控机床各运动部件的进给运动。
移,从而实现驱动数控机床各运动部件的进给运动。
移,从而实现驱动数控机床各运动部件的进给运动。
2进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统(FeedServoSystem)(FeedServoSystem)组成组成组成组成般由控制调节器、功率驱动装置、检测反馈装置般由控制调节器、功率驱动装置、检测反馈装置般由控制调节器、功率驱动装置、检测反馈装置般由控制调节器、功率驱动装置、检测反馈装置和伺服电机四部分组成和伺服电机四部分组成和伺服电机四部分组成和伺服电机四部分组成4.1概述概述34.1概述概述41.1.位置精度要高位置精度要高位置精度要高位置精度要高静态静态静态静态(尺寸精度):
定位精度和重复定位精度要高,即(尺寸精度):
定位精度和重复定位精度要高,即(尺寸精度):
定位精度和重复定位精度要高,即(尺寸精度):
定位精度和重复定位精度要高,即定位误差和重复定位误差要小。
高档数控机床微米级,超定位误差和重复定位误差要小。
高档数控机床微米级,超定位误差和重复定位误差要小。
高档数控机床微米级,超定位误差和重复定位误差要小。
高档数控机床微米级,超精密机床亚微米级。
精密机床亚微米级。
精密机床亚微米级。
精密机床亚微米级。
动态动态动态动态(轮廓精度):
跟随精度,这是动态性能指标,用(轮廓精度):
跟随精度,这是动态性能指标,用(轮廓精度):
跟随精度,这是动态性能指标,用(轮廓精度):
跟随精度,这是动态性能指标,用跟随误差表示。
跟随误差表示。
跟随误差表示。
跟随误差表示。
灵敏度要高灵敏度要高灵敏度要高灵敏度要高,有足够高的分辩率。
,有足够高的分辩率。
,有足够高的分辩率。
,有足够高的分辩率。
4.1概述概述4.1.14.1.1数控机床对进给伺服驱动系统的要求数控机床对进给伺服驱动系统的要求数控机床对进给伺服驱动系统的要求数控机床对进给伺服驱动系统的要求52.2.响应要快响应要快响应要快响应要快加工过程中,进给伺服驱动加工过程中,进给伺服驱动加工过程中,进给伺服驱动加工过程中,进给伺服驱动系统跟踪指令信号的速度要快,系统跟踪指令信号的速度要快,系统跟踪指令信号的速度要快,系统跟踪指令信号的速度要快,过渡时间要短,且无超调,这过渡时间要短,且无超调,这过渡时间要短,且无超调,这过渡时间要短,且无超调,这样跟随误差才小。
样跟随误差才小。
样跟随误差才小。
样跟随误差才小。
否则对机械否则对机械否则对机械否则对机械部件不利,有害于加工质量。
部件不利,有害于加工质量。
部件不利,有害于加工质量。
部件不利,有害于加工质量。
过渡过程一般应在几十毫秒过渡过程一般应在几十毫秒过渡过程一般应在几十毫秒过渡过程一般应在几十毫秒以内。
以内。
以内。
以内。
tFtp4.1概述概述63.3.调速范围要宽调速范围要宽调速范围要宽调速范围要宽调速范围是指电机在额定负载时所能提供的最高转速调速范围是指电机在额定负载时所能提供的最高转速调速范围是指电机在额定负载时所能提供的最高转速调速范围是指电机在额定负载时所能提供的最高转速和最低转速之比。
为保证在任何切削条件下都能获得最和最低转速之比。
为保证在任何切削条件下都能获得最和最低转速之比。
为保证在任何切削条件下都能获得最和最低转速之比。
为保证在任何切削条件下都能获得最佳的切削速度,要求进给伺服驱动系统必须提供较大的佳的切削速度,要求进给伺服驱动系统必须提供较大的佳的切削速度,要求进给伺服驱动系统必须提供较大的佳的切削速度,要求进给伺服驱动系统必须提供较大的调速范围,一般调速范围应达到调速范围,一般调速范围应达到调速范围,一般调速范围应达到调速范围,一般调速范围应达到1120002000。
现有的高性能。
现有的高性能。
现有的高性能。
现有的高性能进给伺服系统已具备无级调速,且调速范围在进给伺服系统已具备无级调速,且调速范围在进给伺服系统已具备无级调速,且调速范围在进给伺服系统已具备无级调速,且调速范围在111000010000以上。
以上。
以上。
以上。
4.1概述概述74.4.工作稳定性好工作稳定性好工作稳定性好工作稳定性好工作稳定性是指伺服系统在突变指令信号或外界干扰工作稳定性是指伺服系统在突变指令信号或外界干扰工作稳定性是指伺服系统在突变指令信号或外界干扰工作稳定性是指伺服系统在突变指令信号或外界干扰的作用下,能够快速的达到新平衡状态或恢复原有平衡的作用下,能够快速的达到新平衡状态或恢复原有平衡的作用下,能够快速的达到新平衡状态或恢复原有平衡的作用下,能够快速的达到新平衡状态或恢复原有平衡状态的能力。
工作稳定性越好,机床运动平稳性越高,状态的能力。
工作稳定性越好,机床运动平稳性越高,状态的能力。
工作稳定性越好,机床运动平稳性越高,状态的能力。
工作稳定性越好,机床运动平稳性越高,工件的加工质量就越好。
工件的加工质量就越好。
工件的加工质量就越好。
工件的加工质量就越好。
速度稳定性:
指输出速度的波动要少,尤其是在低速时速度稳定性:
指输出速度的波动要少,尤其是在低速时速度稳定性:
指输出速度的波动要少,尤其是在低速时速度稳定性:
指输出速度的波动要少,尤其是在低速时的平稳性显得特别重要的平稳性显得特别重要的平稳性显得特别重要的平稳性显得特别重要4.1概述概述85.5.低速转矩要大低速转矩要大低速转矩要大低速转矩要大在切削加工中,粗加工一般要求低进给速度、大切削在切削加工中,粗加工一般要求低进给速度、大切削在切削加工中,粗加工一般要求低进给速度、大切削在切削加工中,粗加工一般要求低进给速度、大切削量,为此,要求进给伺服驱动系统在低速进给时输出足量,为此,要求进给伺服驱动系统在低速进给时输出足量,为此,要求进给伺服驱动系统在低速进给时输出足量,为此,要求进给伺服驱动系统在低速进给时输出足够大的转矩,提供良好的切削能力。
够大的转矩,提供良好的切削能力。
够大的转矩,提供良好的切削能力。
够大的转矩,提供良好的切削能力。
6.6.能可逆运行和频繁灵活启停。
能可逆运行和频繁灵活启停。
能可逆运行和频繁灵活启停。
能可逆运行和频繁灵活启停。
7.7.可靠性高可靠性高可靠性高可靠性高4.1概述概述91.1.按有无位置检测反馈装置分:
按有无位置检测反馈装置分:
按有无位置检测反馈装置分:
按有无位置检测反馈装置分:
开环、半闭环和闭环控制系统开环、半闭环和闭环控制系统开环、半闭环和闭环控制系统开环、半闭环和闭环控制系统.2.2.按驱动电机的类型分:
按驱动电机的类型分:
按驱动电机的类型分:
按驱动电机的类型分:
步进电机、直流电机、交流电机和直线电机进给步进电机、直流电机、交流电机和直线电机进给步进电机、直流电机、交流电机和直线电机进给步进电机、直流电机、交流电机和直线电机进给伺服驱动系统伺服驱动系统伺服驱动系统伺服驱动系统.4.1.24.1.2进给伺服驱动系统的分类进给伺服驱动系统的分类进给伺服驱动系统的分类进给伺服驱动系统的分类4.1概述概述101.1.按有无位置检测反馈装置分按有无位置检测反馈装置分按有无位置检测反馈装置分按有无位置检测反馈装置分(11)开环)开环)开环)开环采用步进电机驱动。
没有位置测量装置,信号流是单向采用步进电机驱动。
没有位置测量装置,信号流是单向采用步进电机驱动。
没有位置测量装置,信号流是单向采用步进电机驱动。
没有位置测量装置,信号流是单向的(数控装置的(数控装置的(数控装置的(数控装置进给系统),进给系统),进给系统),进给系统),故系统稳定性好。
但控制精故系统稳定性好。
但控制精故系统稳定性好。
但控制精故系统稳定性好。
但控制精度低。
度低。
度低。
度低。
4.1概述概述111.1.按有无位置检测反馈装置分按有无位置检测反馈装置分按有无位置检测反馈装置分按有无位置检测反馈装置分采用伺服电机驱动。
位置采样是从伺服电机引出,不是采用伺服电机驱动。
位置采样是从伺服电机引出,不是直接检测运动部件的实际位置,采用旋转角度传感器。
精直接检测运动部件的实际位置,采用旋转角度传感器。
精度比闭环差,但结构简单,便于调整,稳定性好。
广泛用度比闭环差,但结构简单,便于调整,稳定性好。
广泛用于中小型数控设备。
于中小型数控设备。
角位移测量装置(22)半闭环)半闭环)半闭环)半闭环4.1概述概述12(33)闭环)闭环)闭环)闭环采用伺服电机驱动。
位置检测装置装在工作台上,可直接采用伺服电机驱动。
位置检测装置装在工作台上,可直接测量工作台实际位移。
将所有传动部分都包含在控制环之内,测量工作台实际位移。
将所有传动部分都包含在控制环之内,可消除机械系统引起的误差。
精度高于半闭环,结构复杂,控可消除机械系统引起的误差。
精度高于半闭环,结构复杂,控制较难,成本高,调试和维修困难。
适用于大型或高档数控机制较难,成本高,调试和维修困难。
适用于大型或高档数控机床床4.1概述概述13光栅尺光栅尺光栅尺光栅尺4.1概述概述142.2.按驱动电机的类型分:
按驱动电机的类型分:
按驱动电机的类型分:
按驱动电机的类型分:
(11)步进电机伺服驱动系统。
)步进电机伺服驱动系统。
)步进电机伺服驱动系统。
)步进电机伺服驱动系统。
进电机将进给指令信号变换进电机将进给指令信号变换进电机将进给指令信号变换进电机将进给指令信号变换为具有一定方向、大小和速度的机械角位移,通过齿轮为具有一定方向、大小和速度的机械角位移,通过齿轮为具有一定方向、大小和速度的机械角位移,通过齿轮为具有一定方向、大小和速度的机械角位移,通过齿轮和丝杠螺母副带动工作台移动。
和丝杠螺母副带动工作台移动。
和丝杠螺母副带动工作台移动。
和丝杠螺母副带动工作台移动。
特点:
特点:
特点:
特点:
在大负载和速度较高的情况下容易失步、能耗大、在大负载和速度较高的情况下容易失步、能耗大、在大负载和速度较高的情况下容易失步、能耗大、在大负载和速度较高的情况下容易失步、能耗大、速度低、精度较差。
速度低、精度较差。
速度低、精度较差。
速度低、精度较差。
应用:
应用:
应用:
应用:
故主要用于速度和精度要求不太高的经济型数控机故主要用于速度和精度要求不太高的经济型数控机故主要用于速度和精度要求不太高的经济型数控机故主要用于速度和精度要求不太高的经济型数控机床和旧机床改造。
床和旧机床改造。
床和旧机床改造。
床和旧机床改造。
4.1概述概述152.2
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