伺服系統(tǒng)

2.5.1

、伺服系統(tǒng)定義自動(dòng)控制中的伺服系統(tǒng)定義：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)。具體在數(shù)控機(jī)床中,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接收數(shù)控單元的位移/速度控制指令,驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)/主軸按照控制指令的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直接影響移動(dòng)速度、跟蹤精度、定位精度等一系列重要指標(biāo)，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能每一個(gè)脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當(dāng)量。目前所使用的數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量通常為0.001mm/脈沖。2.5.2、數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成比較控制環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制單元(電機(jī)）執(zhí)行元件檢測(cè)單元(反饋)機(jī)床位移/速度進(jìn)給指令機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)圖2.5.3、數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類按控制原理和有無(wú)檢測(cè)環(huán)節(jié)分類開環(huán)：無(wú)檢測(cè),經(jīng)濟(jì)型數(shù)控和老設(shè)備改造半閉環(huán)：檢測(cè)絲杠轉(zhuǎn)角（檢測(cè)的是系統(tǒng)中間結(jié)果）閉環(huán)：檢測(cè)工作臺(tái)直線位移（檢測(cè)的是系統(tǒng)最終結(jié)果）

開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)通常不帶有位置檢測(cè)元件。信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置→進(jìn)給系統(tǒng)，精度相對(duì)不高，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。(1)開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)

閉環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)帶有位置檢測(cè)元件，隨時(shí)可以檢測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位移，并反饋給數(shù)控裝置，并與設(shè)定的指令值進(jìn)行比較，利用其差值控制伺服電動(dòng)機(jī)，直至差值為零為止。一般用于高檔機(jī)床，價(jià)格昂貴）(2)．閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(檢測(cè)工作臺(tái)直線位移）

半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是將位置檢測(cè)元件安裝在伺服電動(dòng)機(jī)的軸上或滾珠絲杠的端部，不直接反饋機(jī)床的位移量，而是檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角，將此信號(hào)反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行指令值比較，用差值控制伺服電動(dòng)機(jī)。(3)半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)（檢測(cè)絲杠轉(zhuǎn)角）按執(zhí)行元件分電氣伺服驅(qū)動(dòng)：電機(jī)驅(qū)動(dòng)（步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)（頻繁起動(dòng)，制動(dòng)，快速定位等優(yōu)點(diǎn)，但有電刷，需要維護(hù)），交流伺服電機(jī)（易于維護(hù)，制造簡(jiǎn)單））最常用。電液伺服驅(qū)動(dòng)：由電液伺服閥、低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)或液壓缸，位置檢測(cè)等元件組成2.5.4、驅(qū)動(dòng)元件按機(jī)床中傳動(dòng)機(jī)械的用途和功能分分為進(jìn)給伺服與主軸伺服Umrichter

SIMODRIVE611digitalmitCNC

SINUMERIK840DE/R-ModulNCULeistungsteilBedientafelfront

mitPCU20/50/70Drehstrom-

Servomotoren進(jìn)給電機(jī)Peripherie

SIMATICS7-300Drehstrom-

Hauptspindelmotor主軸電機(jī)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（最簡(jiǎn)單，價(jià)格最低，精度不高）直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（電主軸）步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)伺服是一種用脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的控制系統(tǒng)。其角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果停機(jī)后某些繞組仍保持通電狀態(tài)，則系統(tǒng)還具有自鎖能力。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，如500步、1000步、50000步等等，從理論上講其步距誤差不會(huì)累計(jì)。

步進(jìn)電機(jī)的種類

按產(chǎn)生力矩原理分：反應(yīng)式、激磁式按輸出力矩大小分：伺服式、功率式按定子數(shù)：?jiǎn)味ㄗ?、雙定子、三定子、多定子按各相繞阻分布：徑向分相式、軸向分相式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的工作原理基本結(jié)論步進(jìn)電機(jī)定子繞阻通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度，即電機(jī)的步距角；改變步進(jìn)電機(jī)定子繞阻的通電順序，其轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變;步進(jìn)電機(jī)定子繞阻通電狀態(tài)變化的頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高;步距角與定子繞阻相數(shù)m、轉(zhuǎn)子齒數(shù)z、通電方式k有關(guān)。2.5.5、檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置是把位移和速度測(cè)量信號(hào)作為反饋信號(hào)，并將反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字送回計(jì)算機(jī)，和脈沖指令信號(hào)相比較，以控制驅(qū)動(dòng)元件正確運(yùn)轉(zhuǎn)。參看檢測(cè)技術(shù)教材數(shù)字式模擬式增量式絕對(duì)式增量式絕對(duì)式回轉(zhuǎn)形圓光柵編碼盤旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器、圓形磁柵多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器直線形長(zhǎng)光柵激光干涉儀編碼尺直線感應(yīng)同步器、磁柵、容柵絕對(duì)值式磁尺光柵尺的構(gòu)造和種類標(biāo)尺光柵固定在機(jī)床活動(dòng)部件上指示光柵安裝在讀數(shù)頭內(nèi)光柵（應(yīng)用多,直接檢測(cè)直線位移）

光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象進(jìn)行工作的光學(xué)元件。根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測(cè)精度可達(dá)1μm以上?？蓽y(cè)直線或轉(zhuǎn)角。非接觸測(cè)量，抗干擾能力強(qiáng)，但對(duì)環(huán)境要求高。編碼器（應(yīng)用多,

檢測(cè)轉(zhuǎn)角位移）編碼盤的種類

從結(jié)構(gòu)上編碼盤可分為：接觸式編碼盤光電式編碼盤電磁式編碼盤

由玻璃或金屬圓盤制成，在其圓周上均勻分成相等的透明和不透明部分。當(dāng)盤與工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，盤后放置的光電元件周期性地受到光照，產(chǎn)生近似的正弦波形，經(jīng)過(guò)放大整行后形成脈沖通