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数控机床伺服系统的生长运用 是影响体系加工机能的重要指标
作者:沈阳机床公布工夫:2015年2月12日 9:13:54泉源:机床无忧  2177 澳门新葡京总站

   伺服系统重要由三局部构成:控制器、功率驱动装配、反应装配和电动机。控制器根据数控系统的给定值和经由过程反应装配检测的现实运转值的差,调治掌握量;功率驱动装配作为体系的主回路,一方面按掌握量的大小将电网中的电能做用到电动机之上,调治电动机转矩的大小,另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电;电动机则按供电大小拖动机器运转。如凭据驱动电动机的范例,可将其分为直流伺服和交换伺服;凭据控制器实现要领的差别,可将其分为模仿伺服和数字伺服;凭据控制器中闭环的多少,可将其分为开环控制系统、单环控制系统、单环控制系统和多环控制系统。进给伺服以数控机床的各坐标为掌握工具,发生机床的切削进给活动。为此,要求进给伺服能快速调治坐标轴的活动速度,并能准确天停止位置掌握。具体要求其调速局限宽、位移精度下、稳定性好、静态相应快。凭据体系运用的电动机,进给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、交换伺服和直线伺服。

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   (一)步进伺服系统


   步进伺服是一种用脉冲旌旗灯号停止掌握,并将脉冲旌旗灯号转换成响应的角位移的控制系统。其角位移取脉冲数成反比,转速取脉冲频次成反比,经由过程改动脉冲频次可调治电动机的转速。若是停机后某些绕组仍连结通电状况,则体系借具有自锁才能。步进电动机每转一周皆有流动的步数,如500步、1000步、50 000步等等,从理论上讲其步距偏差不会累计。步进伺服构造简朴,相符体系数字化生长需求,但精度差、能耗下、速度低,且其功率越大移动速度越低。特别是步进伺服易于掉步,使其重要用于速度取精度要求不下的经济型数控机床及旧装备革新。但比年生长起来的恒斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动和混淆伺服手艺,使得步进电动机的下、低频特性得到了很大的进步,特别是跟着智能超微步驱动手艺的生长,将把步进伺服的机能进步到一个新的程度。


   (二)直流伺服系统


   直流伺服的事情道理是竖立正在电磁力定律基础上。取电磁转矩相干的是相互自力的两个变量主磁通取电枢电流,它们离别掌握励磁电流取电枢电流,可轻易天停止转矩取转速掌握。另一方面从掌握角度看,直流伺服的掌握是一个单输入单输出的单变量控制系统,典范掌握实际完整适用于这类体系,因而,直流伺服系统掌握简朴,调速机能优秀,正在数控机床的进给驱动中曾占有着主导职位。但是,从现实运转思索,直流伺服电动机引入了机器换向装配。其本钱下,毛病多,保护难题,常常果碳刷发生的火花而影响消费,并对其他装备发生电磁滋扰。同时机器换向器的换向才能,限定了电动机的容量和速度。电动机的电枢正在转子上,使得电动机效力低,散热差。为了改进换向才能,减小电枢的漏感,转子变得短粗,影响了体系的静态机能。


   (三)交换伺服系统


   针对直流电动机的缺点,若是将其做“里翻外”的处置惩罚,即把电驱绕组装正在定子、转子为永磁局部,由转子轴上的编码器测出磁极位置,便组成了永磁无刷电动机,同时跟着矢量掌握要领的适用化,使交换伺服系统具有优越的伺服特性。其宽调速局限、高稳速精度、快速静态相应及四象限运转等优越的技术性能,使其动、静态特性已完整可取直流伺服系统相媲美。同时可实现强磁高速掌握,拓宽了体系的调速局限,顺应了下机能伺服驱动的要求。


   现在,正在机床进给伺服中接纳的重要是永磁同步交换伺服系统,有三品种型:模仿情势、数字情势和软件情势。模仿伺服用处单一,只吸收模仿旌旗灯号,位置掌握一般由上位机实现。数字伺服可实现一机多用,如做速度、力矩、位置掌握。可吸收模仿指令和脉冲指令,种种参数均以数字体式格局设定,稳定性好。具有较雄厚的自诊断、报警功用。软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统。其将种种掌握体式格局和差别规格、功率的伺服机电的监控顺序以软件实现。运用时可由用户设定代码取相干的数据即主动进入事情状况。配有数字接口,改动事情体式格局、改换电动机规格时,只需重设代码便可,故也称全能伺服。


   交换伺服已占有了机床进给伺服的主导职位,并跟着新技术的生长而不断完善,详细表现正在三个方面。一是体系功率驱动装配中的电力电子器件络续背高频化偏向生长,智能化功率模块获得提高取运用;二是基于微处理器嵌入式平台手艺的成熟,将增进先辈掌握算法的运用;三是网络化制造形式的推行及现场总线技术的成熟,将使基于网络的伺服掌握成为能够。


   (四)直线伺服系统


   直线伺服系统接纳的是一种间接驱动体式格局(Direct Drive),取传统的扭转传动体式格局比拟,沈阳机床引见其最大特性是勾销了电动机到工作台间的统统机器中央传动环节,即把机床进给传动链的长度收缩为整。这类“整传动”体式格局,带来了扭转驱动体式格局没法到达的性能指标,如加速度可达3g以上,为传统驱动装配的10~20倍,进给速度是传统的4~5倍。从电动机的事情道理来说,直线电动机有直流、交换、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种体式格局;而从构造来说,又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等情势。现在应用到数控机床上的重要有高精度高频响小路程直线电动机取大推力少路程高精度直线电动机两类。直线伺服是高速下粗数控机床的幻想驱动形式,遭到机床厂家的正视,技术发展敏捷。


   主轴伺服供应加工各种工件所需的切削功率,因而,只需完成主轴调速及正反转功用。但当要求机床有罗纹加 工、准停和恒线速加工等功用时,对主轴也提出了响应的 位置掌握要求,因而,要求其输出功率大,具有恒转矩段 及恒功率段,有准停掌握,主轴取进给联动。取进给伺服 一样,主轴伺服阅历了从一般三相异步电动机传动到直流主轴传动。跟着微处理器手艺和大功率晶体管手艺的希望,如今又进入了交换主轴伺服系统的时期。


   (一)交换异步伺服系统


   交换异步伺服经由过程正在三相异步电动机的定子绕组中发生幅值、频次可变的正弦电流,该正弦电流发生的扭转磁场取电动机转子所发生的感应电流相互作用,发生电磁转矩,从而实现电动机的扭转。个中,正弦电流的幅值可分解为给定或可调的励磁电流取等效转子力矩电流的矢量和;正弦电流的频次可分解为转子转速取转差之和,以实现矢量化掌握。


   交换异步伺服一般有模仿式、数字式两种体式格局。取模仿式比拟,数字式伺服减速特性近似直线,工夫短,且可进步主轴定位掌握时体系的刚性和精度,操纵轻易,是机床主轴驱动接纳的重要情势。但是交换异步伺服存在两个重要题目:一是转子发烧,效力较低,转矩密度较小,体积较大;二是功率因数较低,因而,要得到较宽的恒功率调速局限,要求较大的逆变器容量。


   (二)交换同步伺服系统


   近年来,跟着高能低价永磁体的开辟和机能的不断提高,使得接纳永磁同步调速电动机的交换同步伺服系统的机能日趋凸起,为处理交换异步伺服存在的题目带来了期望。取接纳矢量掌握的异步伺服比拟,永磁同步电动机转子温度低,轴向衔接位置精度下,要求的冷却前提不下,对机床情况的温度影响小,轻易到达极小的低限速度。纵然正在低限速度下,也可作恒转矩运转,稀奇合适强力切削加工。同时其转矩密度下,转动惯量小,静态相应特性好,稀奇合适下生产率运转。较轻易到达很下的调速比,许可统一机床主轴具有多种加工才能,既能够加工像铝一样的低硬度质料,也能够加工很硬很脆的合金,为机床停止最优切削发明了前提。


   (三)电主轴


   电主轴是电动机取主轴融会在一起的产品,它将主 轴电动机的定子、转子间接装入主轴组件的内部,电动机的转子即为主轴的扭转局部,因为勾销了齿轮变速箱的传动取电动机的衔接,实现了主轴体系的一体化、“整传动”。因而,其具有构造松散、重量沉、惯性小、静态特性好等长处,并可改进机床的动平衡,制止振动和噪声,正在超高速切削机床上得到了普遍的运用。从理论上讲,电主轴为一台高速电动机,其既可运用异步交换感到电动机,也可运用永磁同步电动机。电主轴的驱动一样平常运用矢量掌握的变频手艺,一般内置一脉冲编码器,去实现厢位掌握及取进给的正确合营。因为电主轴的事情转速极高,对其散热、动平衡、光滑等提出了特别的要求。正在运用中必需妥善解决,才气确保电主轴高速运转和周详加工。


   作为数控机床的主要功用部件,伺服系统的特性一向是影响体系加工机能的重要指标。盘绕伺服系统静态特性取静态特性的进步,近年来生长了多种伺服驱动手艺。能够预感跟着超高速切削、超周详加工、网络制造等先辈制造手艺的生长,具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的存眷的热点,并成为伺服系统的发展方向。伺服系统是以机械运动的驱动装备,电动机为掌握工具,以控制器为中心,以电力电子功率变更装配为执行机构,正在自动控制实际的指点下构成的电气传动自动控制系统。这类体系掌握电动机的转矩、转速和转角,将电能转换为机械能,实现活动机器的活动要求。详细正在数控机床中,伺服系统吸收数控系统收回的位移、速度指令,经变更、放调取整大后,由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等,动员工作台及刀架,经由过程轴的联动使刀具相对工件发生种种庞大的机械运动,从而加工出用户所要求的庞大外形的工件。作为数控机床的执行机构,伺服系统将电力电子器件、掌握、驱动及珍爱等集为一体,并跟着数字脉宽调制手艺、特种机电质料手艺、微电子技术及当代掌握手艺的前进,阅历了从步进到直流,进而到交换的生长进程。

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标签:沈阳机床 数控机床伺服系统 目标编纂:李编纂
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