技巧文章
Article
技巧文章
您现在的地位:首页 > 技巧文章 > 数控机床中的伺服系统
数控机床中的伺服系统
发布时间:2013-08-07   点击次数:1525次

数控机床中的伺服系统

  伺服系统是以机械运动的驱动设备—电机为把持对象,以把持器为核心,以电力电子功率变换装置为履行机构的电气传动把持系统••。这类系统把持电机的转矩¶••⊿转速和转角,将电能转换为机械能,实现运动机械的运动请求••。具体在数控机床中,伺服系统吸收数控系统发出的位移¶••⊿速度指令,经变换¶••⊿放大与调剂后,由电机和机械传动机构驱动机床坐标轴¶••⊿主轴带动工作台及刀架,通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动,从而加工出用户所需的工件••。

  作为数控机床的履行机构,伺服系统将电力电子器件¶••⊿把持¶••⊿驱动及掩护等集为一体,并随着数字脉宽调制技巧¶••⊿特种电机材料技巧¶••⊿微电子技巧及现代把持技巧的进步,经历了从步进到直流,进而到交换的发展过程••。数控机床中的伺服系统种类繁多,本文通过火析其结构及简略归分,对其技巧现状及发展趋势作简要探讨••。

伺服系统的结构及分类

  从基础结构来看,伺服系统重要由三部分组成:把持器¶••⊿功率驱动装置¶••⊿反馈装置和电机••。把持器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差,调节把持量;功率驱动装置作为系统的主回路,一方面按把持量的大小将电网中的电能作用到电机之上,调节电机转矩的大小,另一方面按电机的请求把恒压¶••⊿恒频的电网供电转换为电机所需的交换电或直流电;电机则按供

  如根据驱动电机的类型,可将其分为直流伺服和交换伺服;根据把持器实现方法的不同,可将其分为模仿伺服和数字伺服;根据把持器中闭环的多少,可将其分为开环把持系统,单环把持系统,双环把持系统和多环把持系统••。考虑伺服系统在数控机床中的利用,本文首先按机床中传动机械的不同将其分为进给伺服与主轴伺服,然后再根据其他成要素来探讨不同伺服系统的技巧特征••。

进给伺服系统

  进给伺服以数控机床的各坐标为把持对象,产活力床的切削进给运动••。为此,请求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度,并能地进行地位把持••。具体请求其调速领域宽,位移精度高,稳固性好,动态响应快••。根据系统应用的电机,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••。

步进伺服系统

  步进伺服是一种用脉冲信号进行把持,并将脉冲信号转换成相应的角位移的把持系统••。其角位移与脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比,通过转变脉冲频率可调节电机的转速••。如果停机后某些绕组仍保持通电状态,则系统还具有自锁能力••。步进电机每转一周都有固定的步数,如500步¶••⊿1000步¶••⊿50000步等等,从理论上讲其步距误差不会累计••。

  步进伺服结构简略,符合系统数字化发展需要,但精度差,能耗高,速度低,且其功率越大移动速度越低••。特别是步进伺服易于产生“失步”,使其重要用于速度与精度请求不高的经济型数控机床及旧设备改革••。但近年发展起来的恒斩波驱动¶••⊿PWM驱动¶••⊿微步驱动¶••⊿超微步驱动和混杂伺服技巧,使得步进电机的高¶••⊿低频特征得到了很大的进步,特别是随着智能超微步驱动技巧的发展,将步进伺服的性能进步到一个新的程度••。

直流伺服系统

  直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上••。与电磁转矩相干的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流,它们分辨把持励磁电流与电枢电流,可方便地进行转矩¶••⊿转速把持••。另一方面从把持角度看,直流伺服的把持是一个单输入单输出的单变量把持系统,经典把持理论完整实用于这种系统,因此,直流伺服系统把持简略,调速性能优良,在数控机床的进给驱动中曾盘踞着主导地位••。

  然而,从实际运行考虑,直流伺服电机引入了机械换向装置••。其成本高,故障多,掩护艰苦,经常因碳刷产生的火花而影响生产,并对其他设备产生电磁干扰••。同机会械换向器的换向能力,限制了电机的容量和速度••。电机的电枢在转子上,使得电机效率低,散热差••。为了改良换向能力,减小电枢绕组的漏感,转子变得短粗,影响了系统的动态性能••。

交换伺服系统

  针对直流电机的缺点,如果将其做“里翻外”的处理,即把电枢绕组装在定子,转子为永磁部分,由转子轴上的编码器测出磁极地位,就构成了永磁无刷电机,同时随着矢量把持方法的实用化,使交换伺服系统具有良好的伺服特征••。宽调速领域¶••⊿高稳速精度¶••⊿快速动态响应及四象限运行等良好的技巧性能使其动¶••⊿静态特征已完整可与直流伺服系统相媲美••。同时可实现弱磁高速把持拓宽了系统的调速领域适应了高性能伺服驱动的请求••。

  目前在机床进给伺服中采用的重要是永磁同步交换伺服系统,有三种类型: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信号地位把持通常由上位机实现••。数字伺服可实现一机多用如做速度¶••⊿力矩¶••⊿地位把持••。可吸收模仿指令和脉冲指令各种参数均以数字方法设定稳固性好••。具有较丰富的自诊断¶••⊿报警功效••。软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统••。其将各种把持方法和不同规格¶••⊿功率的伺服电机的监控程序以软件实现••。应用时可由用户设定代码与相干的数据即主动进入工作状态••。配有数字接口转变工作方法¶••⊿调换电机规格时只需重设代码即可故也称“伺服”••。

  交换伺服已盘踞了机床进给伺服的主导地位,并随着新技巧的发展而不断完善,具体体现在三个方面••。

  一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展,智能化功率模块得到普及与利用;

  二是基于微处理器嵌入式平台技巧的成熟,将增进先进把持算法的利用;

  三是网络化制作模式的推广及现场总线技巧的成熟,将使基于网络的伺服把持成为可能••。

直线伺服系统

  直线伺服系统采用的是一种直接驱动方法(Direct Drive)与传统的旋转传动方法相比,zui大特点是取消了电机到工作台间的一切机械中间传动环节,即把机床进给传动链的长度缩短为零••。这种“零传动”方法,带来了旋转驱动方法无法达到的性能指标,如加速度可达3g以上,为传统驱动装置的10~20倍,进给速度是传统的4~5倍••。从电机的工作原理来讲,直线电机有直流¶••⊿交换¶••⊿步进¶••⊿永磁¶••⊿电磁¶••⊿同步和异步等多种方法;而从结构来讲,又有动圈式¶••⊿动铁式¶••⊿平板型和圆筒型等情势••。目前利用到数控机床上的重要有高精度高频响小行程直线电机和大推力长行程高精度直线电机两类••。

  直线伺服是高速高精数控机床的理想驱动模式,受到机床厂家的器重,技巧发展迅速••。在2001年欧洲机床展上,有几十家公司展出直线电机驱动的高速机床,快移速度已达100~120m/min,加速度1••。5~2g,其中尤以德国DMG公司与日本MAZAK公司zui具代表性••。2000年DMG公司已有28种机型采用直线电机驱动,年产1500多台,约占总产量的1/3••。而MAZAK公司zui近也将推出基于直线伺服系统的超音速加工中心,切削速度8马赫,主轴zui高转速80000r/min,快移速度为500m/min,加速度6g••。所有这些,都标记着以直线电机驱动为代表的第二代高速机床,将代替以高速滚珠丝杠驱动为代表的*代高速机床,并在应用中逐步盘踞主导地位••。

主轴伺服系统

  主轴伺服供给加工各类工件所需的切削功率,因此,只需完成主轴调速及正¶••⊿反转功效••。但当请求机床有螺纹加工¶••⊿“准停”和“恒线速”加工等功效时,对主轴也提出了相应的地位把持请求,因此,请求其输出功率大,具有恒扭矩段及恒功率段,有“准停”把持,主轴与进给联动••。与进给伺服一样,主轴伺服经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动••。随着微处理器技巧和大功率电力电子器件的进展,在进入交换主轴伺服系统的时代••。

交换异步伺服系统

  交换异步伺服通过在三相异步电机的定子绕组中产生幅值¶••⊿频率可变的正弦电流该正弦电流产生的旋转磁场与电机转子所产生的感应电流相互作用产生电磁扭矩从而实现电机的旋转••。其中正弦电流的幅值可分解为给定或可调的励磁电流与等效转子力矩电流的矢量和;正弦电流的角频率可分解为转子的转速角频率与转差角频率之和,以实现矢量化把持••。

  交换异步伺服通常有模仿式¶••⊿数字式两种方法••。与模仿式相比,数字式伺服加速特征近似直线,加速时间短,且可进步主轴定位把持时系统的刚性和精度,操作方便,是机床主轴驱动采用的重要情势••。然而交换异步伺服存在两个重要问题:

  一是转子发热,效率较低,转矩密度较小,体积较大;

  二是功率因数较低,因此,要获得较宽的恒功率调速领域,请求较大的逆变器容量••。

交换同步伺服系统

  近年来随着高能低价永磁体的开发和性能的不断进步,使得采用永磁同步调速电机的交换同步伺服系统的性能日益突出,为解决交换异步伺服存在的问题带来了盼望••。与采用矢量把持的异步伺服相比,永磁同步电机转子温度低,轴向连接地位精度高,请求的冷却条件不高,对机床环境的温度影响小,容易达到极小的低限速度••。即使在低限速度下,也可在恒转矩狀态运行,特别合适强力切削加工••。同时其转矩密度高,转动惯量小,动态响应特征好,特别合适高生产率运行••。较容易达到很高的调速比,容许同一机床主轴具有多种加工能力,既可以加工类似铝的低硬度材料,也可以加工很硬¶••⊿很脆的合金,为机床进行zui优切削创造了条件••。

电主轴

  电主轴是电机与主轴融合在一起的产物,它将主轴电机的定子¶••⊿转子直接装入主轴组件的内部,电机的转子即为主轴的旋转部分,由于取消了齿轮变速箱的传动与电机的连接,实现了主轴系统的一体化¶••⊿“零传动”••。因此,其具有结构紧凑¶••⊿重量轻¶••⊿惯性小¶••⊿动态特征好等优点,并可改良机床的动平衡,避免振动和噪声,在超高速切削机床上得到了广泛的利用••。

  从理论上讲,电主轴为一台高速电机,其既可应用异步交换感应电机,也可应用永磁同步电机••。电主轴的驱动一般应用矢量把持的变频技巧,通常内置脉冲编码器,来实现相位把持及与进给的正确配合••。由于电主轴的工作转速极高,对其散热¶••⊿动平衡¶••⊿润滑等提出了特别的请求••。在利用中必须妥当解决,才干确保电主轴高速运转和精密加工••。

结束语

  作为数控机床的重要功效部件,伺服系统的特征一直是影响系统加工性能的重要指标••。缭绕伺服系统动态特征与静态特征的进步,近年来发展了多种伺服驱动技巧••。可以预感随着超高速切削¶••⊿超精密加工¶••⊿网络制作等先进制作技巧的发展,具有网络接口的全数字伺服系统¶••⊿直线电机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热门,并成为伺服系统的发展方向••。

苏州釜舟主动化设备有限公司(jswanh.com)版权所有 主营产品:西门子调速器,西门子伺服系统,西门子S120系统
接洽人:王经理 手机:15850233868,13771806621 传真:0512-67900882
地址:江苏省苏州工业园区乐嘉大厦615室 邮箱:15850233868@163.com 邮编:215021
备案号: 技巧支撑:智能制作网

在线客服
飞速赛车在线投注 秒速时时彩投注网 香港跑马怎么买 腾讯分分彩官网开奖 75秒快3投注网 幸运农场玩法 澳洲快3规则 75秒快3投注平台 香港跑马开奖直播 澳洲快乐十分网站