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數控機床對伺服系統的基本要求淺析


數控機床對伺服系統的基本要求淺析
數控機床伺服系統的一般結構。它足一個雙閉環系統,內環是速度環,外環是位置環。速度環中用做速度反饋的檢測裝置是測速發電動機、脈沖編碼器等。速度控制單元足—個獨立的單元部件,它由速度調節器、電流調節器及功率驅動放火器等各部分組成。位置環是山CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等各部分組成。位置控制主要是對機床運動半標軸進行控制,軸控制是要求最高的位置控制,不僅對單個軸的運動速度和位置精度的控制有嚴格要求,而且在多軸聯動時,還要求各移動軸有很好的動態配合,才能保證加工效串、加工精度和表面粗糙度要求。
伺服系統是把數控信息轉化爲機床進給運動的執行機構。數控機床集中了傳統的自動機床、精密機床和萬能機床三者的優點,將高效率、高精度和高柔性集于一體。而數控機床技術水平的提高首先依賴于進給和主軸驅動特性的改善以及功能的擴大,爲此數控機床對進給伺服系統的位置控制、速度控制、伺服電動機、機械傳動等方面都有很高的要求。
由于各種數控機床所完成的加工任務不同,它們對進給伺服系統的要求也不盡相同,但通常可概括爲以下幾方面。
1.數控機床可逆運行
可逆運行要求能靈活地正反向運行。在加工過程中,機床工作台處于隨機狀態,根據加工軌迹的要求,隨時都可能實現正向或反向運動。同時要求在方向變化時,不應有反向間隙和運動的損失。從能量角度看,應該實現能量的可逆轉換,即在加工運行時,電動機從電網吸收能量變爲機械能:在制動時應把電動機的機械慣性能量變爲電能回饋給電網,以實現快速制動。
2.數控機床速度範圍寬
爲適應不同的加工條件,例如,所加工零件的材料、類型、尺寸、部位以及刀具的種類和冷卻方式等的不同,要求數控機床的進給能在很寬的範圍內無級變化。這就要求伺服電動饑有很寬的調速範圍和優異的調速特性。經過機械傳動後,電動機轉速的變化範圍即可轉化爲進給速度的變化範圍。目前最先進的水平,是在進給脈沖當量爲1pm的情況下,進給速度在0~240u/min範圍內連續可調。
对一般数控机床而言,进给速度范围在o~24m/min时,都可满足加工要求。通常在这样且速度降低,在零速度时,即工作台停止运动时,要求电动机有电磁转矩以维持定位精度,使定由于位置伺服系统是由速度控制单元和位置控制环节两大部分组成的,如果对速度控制系统也过分地追求像位置伺服控制系统那么大的调速范围而又要其可靠稳定地工作,那么速 一般来说,对于进给速度范围为1:20 000的位置控制系统,在总的开环位置增益为20-1时,只要保证速度控制单元具有1:1 000的调速范围就可以满足需要,这样可使速度控制单元线路既简单又可靠。当然,代表当今世界先进水平的实验系统,速度控制单元调速范围己达1:100000。
這就要求伺服系統具有優良的靜態與動態負載特性,即伺服系統在不同的負載情況下或切削條件發生變化時,應使進給速度保持恒定。剛性良好的系統,速度受負載力矩變化的影響很小。通常要求承受額定力矩變化時,靜態速降應小于5%,動態速降應小于10%。
爲了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度,對位置伺服系統除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應特性,即要求跟蹤指令信號的響應要快。這就對伺服保證加工質量,則要求加/減速度足夠大,以縮短過渡過程時間。一般電動機速度由。到最大或從最大減少到o,時間應控制在200fas以下,甚至少于幾寸毫秒,且速度變化時不應有超調。
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