數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求淺析
數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)。它足一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用做速度反饋的檢測(cè)裝置是測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)、脈沖編碼器等。速度控制單元足—個(gè)獨(dú)立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器及功率驅(qū)動(dòng)放火器等各部分組成。位置環(huán)是山CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測(cè)及反饋控制等各部分組成。位置控制主要是對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)半標(biāo)軸進(jìn)行控制，軸控制是要求最高的位置控制，不僅對(duì)單個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)速度和位置精度的控制有嚴(yán)格要求，而且在多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，還要求各移動(dòng)軸有很好的動(dòng)態(tài)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(tǒng)是把數(shù)控信息轉(zhuǎn)化為機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)床、精密機(jī)床和萬(wàn)能機(jī)床三者的優(yōu)點(diǎn)，將高效率、高精度和高柔性集于一體。而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴(lài)于進(jìn)給和主軸驅(qū)動(dòng)特性的改善以及功能的擴(kuò)大，為此數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等方面都有很高的要求。
由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通常可概括為以下幾方面。
1.數(shù)控機(jī)床可逆運(yùn)行
可逆運(yùn)行要求能靈活地正反向運(yùn)行。在加工過(guò)程中，機(jī)床工作臺(tái)處于隨機(jī)狀態(tài)，根據(jù)加工軌跡的要求，隨時(shí)都可能實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)要求在方向變化時(shí)，不應(yīng)有反向間隙和運(yùn)動(dòng)的損失。從能量角度看，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)能量的可逆轉(zhuǎn)換，即在加工運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收能量變?yōu)闄C(jī)械能：在制動(dòng)時(shí)應(yīng)把電動(dòng)機(jī)的機(jī)械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。
2.數(shù)控機(jī)床速度范圍寬
為適應(yīng)不同的加工條件，例如，所加工零件的材料、類(lèi)型、尺寸、部位以及刀具的種類(lèi)和冷卻方式等的不同，要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給能在很寬的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)變化。這就要求伺服電動(dòng)饑有很寬的調(diào)速范圍和優(yōu)異的調(diào)速特性。經(jīng)過(guò)機(jī)械傳動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化范圍即可轉(zhuǎn)化為進(jìn)給速度的變化范圍。目前最先進(jìn)的水平，是在進(jìn)給脈沖當(dāng)量為1pm的情況下，進(jìn)給速度在0～240u/min范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
對(duì)一般數(shù)控機(jī)床而言，進(jìn)給速度范圍在o～24m/min時(shí)，都可滿(mǎn)足加工要求。通常在這樣且速度降低，在零速度時(shí)，即工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)有電磁轉(zhuǎn)矩以維持定位精度，使定由于位置伺服系統(tǒng)是由速度控制單元和位置控制環(huán)節(jié)兩大部分組成的，如果對(duì)速度控制系統(tǒng)也過(guò)分地追求像位置伺服控制系統(tǒng)那么大的調(diào)速范圍而又要其可靠穩(wěn)定地工作，那么速 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于進(jìn)給速度范圍為1：20 000的位置控制系統(tǒng)，在總的開(kāi)環(huán)位置增益為20-1時(shí)，只要保證速度控制單元具有1：1 000的調(diào)速范圍就可以滿(mǎn)足需要，這樣可使速度控制單元線(xiàn)路既簡(jiǎn)單又可靠。當(dāng)然，代表當(dāng)今世界先進(jìn)水平的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，速度控制單元調(diào)速范圍己達(dá)1：100000。
這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)負(fù)載特性，即伺服系統(tǒng)在不同的負(fù)載情況下或切削條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)使進(jìn)給速度保持恒定。剛性良好的系統(tǒng)，速度受負(fù)載力矩變化的影響很小。通常要求承受額定力矩變化時(shí)，靜態(tài)速降應(yīng)小于5%，動(dòng)態(tài)速降應(yīng)小于10%。
為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，對(duì)位置伺服系統(tǒng)除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快。這就對(duì)伺服保證加工質(zhì)量，則要求加/減速度足夠大，以縮短過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。一般電動(dòng)機(jī)速度由。到最大或從最大減少到o，時(shí)間應(yīng)控制在200fas以下，甚至少于幾寸毫秒，且速度變化時(shí)不應(yīng)有超調(diào)。
