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数控铣床的伺服系统
日期：2010年07月02 来源：沈阳机床 关键字：机床
数控铣床的伺服系统
伺服系统是连接数控系统(cNc)和数控机床(主机)的关键部分，它接受来自数控系统的指令，经过转换和放大，驱动执行件实现预期的运动，并将运动结果反馈回去与输入指令相比较，直至与输入指令之差为零。伺服系统的性能直接关系到数控机床执行件的静态和动态特性，影响其工作精度、负载能力、响应快慢和稳定程度等。所以，至今伺服系统还被看作一个独立部分，与数控系统和数控机床(主机)并列为数控机床的三大组成部分。按IsO标准，伺服系统是一种自动控糊系统，其中包含功率放大和反馈，从而使得输出变量的值紧密地对应输入量的值。它与一般机床的进给系统有着本质的不同，进给系统的作用在于保证切削过程能略继续进行，不能控制执行件的位移和轨迹。伺服系统可以根据一定的指令信息，加以转换和放大，通过反馈能控制执行件的速度和精度位置，以及一系列位置所形成的轨迹。伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服系统，机械传动部件和执行件组成机械传动系统。
目前在数控机床上，已经很少采用液压伺服系统，驱动元件主要是各种伺服电机。在小型和经济型数控机床上还使用步进电机。中高档数控机床几乎都采用直流伺服电机和交流伺服电机。全数字伺服驱动单元已得到广泛采用。
伺服系统是一种反馈控制系统，以脉冲指令为输入给定值，与输出被调量进行比较，利用偏差值对系统进行自动调节t以消除偏差，使被调量跟踪给定值。所以伺服系统的运动来源于偏差信号，必须具有负反馈电路，始终处于过渡过程状态，而在运动过程中实现了力的放大。
基于伺服系统的工作原理，除妻求它具备良好的静态特征外，还应具备优异的动态特征。伺服系统除满足运动要求外，还应具有趣好的动力学特征。
①开环进给伺服系统。开环进给伺服系统是数控机床中最简单的伺服系统，其控制原理在开环进给伺服系统中，数控装置发出的指令脉冲经驱动路线送到步进电机，使其输出轴转过一定的角度，再通过齿轮副和丝杠螺母副带动机床工作台移动。指令脉冲的频率决定步进电机的旋转速度，指令脉冲数决定转角的大小。由于没有检测反馈装置，系统中各个部位的误差，如步进电机的步距误差、启停误差、机械系统的误差(方向间隙、丝杠螺距误差)等合成为系统的位置误差，所以精度比较低．而且速度也受到步进电机性能的限制。但由于其结构简单、易于调整，在精度要求不太高的场合中应用仍然比较广泛。
②闭环控制系统。因为开环系统的精度不能很好地满足数控机床的要求，所以为了保证加工精度，最根本的办法是采用闭环控制方式。闭环控制系统采用直线型位置检测装置(如直线感应同步器、长光栅等)对数控机床工作台位移进行直接测量，并进行反馈控制的位置伺服系统。
在闭环控制系统中，数控机床移动用位置检测装置进行检测，并将测量的实际位置反馈到输入端与指令位置进行比较。如果两者存在偏差，将此偏差信号放大，并控制伺服电机带动数控机床移动部件朝若消除偏差的方向进给，直到偏差等于零为止。
由于闭环控制系统将数控机床本身包括在位置控制环之内，因此机械系统引起的误差可由反馈控制得以清除，但数控机床本身的固有频率、阻尼、间隙等因素的影响，增大了设计和调试的困难。用环控制系统的特点是精度高、系统结构复杂、制造成本高、调试维修困难，一般适用于大型精密机床。
根据输入比较的信号形式以及反馈检测方式，闭环控制系统又可分为鉴相式伺服系统、鉴幅式伺服系统和数字比较式伺服系统。在鉴相式伺服系统中，输入比较的指令信号和反馈信号是用相位表示的；在鉴幅式伺服系统和数字比较式伺服系统中，输入比较的指令信号和反馈信号是用数字脉冲表示的。
③半闭环控制系统。采用旋转型角度测量元件(脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等)和伺服电机，按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，称为半闭环控制系统，其控制原理半闭环控制系检测装置有两种安装方式。
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