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第一节数控车床伺服驱动系统概述
日期：2010年06月04 来源：沈阳机床（集团） 关键字：车床
第一节数控车床伺服驱动系统概述
如果说CNC系统是数控车床的“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，那么．伺服驱动系统便是数控车床的“四肢”，是执行机构，它能准确地执行由CNC系统发来的运动命令。伺服控制系统是连接数控系统与车床的枢纽，其性能是影响数控车床的精度、稳定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。
数控车床进给伺服系统的组成
车床进给伺服系统主要由伺服驱动控制系统与车床进给机械传动机构组成。车床进给机械传动机构通常由减速齿轮、滚珠丝杠、车床导轨和工作台拖板等组成。伺服驱动控制系统，按其反馈信号的有无，分为开环和闭环两种控制方式。对于开环伺服系统，只能由步进电动机驱动，它由步进电动机驱动电源与电动机组成。闭环伺服系统则分为直流电动机和交流电动机两种驱动方式，并且均为双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环中用作速度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部件，由速度调节器、电流调节器及功率驱动放大器等部分组成。位置环由CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。根据其位置检测信号所取部位的不同，它又分为半闭环与全闭环两种。半闭环采用转角位置检测装置．安装于滚珠丝杠端部，或直接与伺服电动机转子的后端相连(与伺服电动机成一体)。对于全闭环系统，需要采用直线位置检测装置，安装于车床导轨与工作台拖板之间。
伺服驱动装置是CNC装置和车床的联系环节。CNC装置发出的控制信息通过伺服驱动装置转换成坐标轴的运动，完成程序所规定的操作。伺服驱动装置应具有信号放大控制能力，根据CNC装置发出的控制信息对车床移动部件的位置和速度进行控制。
伺服系统的分类
伺服系统有多种分类方法。按执行元件，可分为直流伺服电机、交流伺服电机和步进电机驱动系统；按有无检测元件和反馈环节，可分为开环、闭环和半闭环伺服系统：按被控制量的性质，可分为位置伺服系统和速度伺服系统。
数控车床的精度与其使用的伺服系统类型有关。步进电机开环伺服系统的定位精度是m005“0 01mm。对精度要求高的大型数控设备，通常采用交流或直流，闭环或半闭环伺服系统，同时对传动机构也必须采取相应措施，如采用高精度滚珠丝杠等。闭环伺服系统定位精度可达0 001～0 003mm．
数控车床对伺服驱动的要求
数控车床将高效率、高精度和高柔性集中于一体，而数控车床技术水平的提高首先依赖于进给和主轴驱动特征的改善以及功能的扩大。因此，数控车床对进给伺服系统的位置控制、速度控制、伺服电机、机械传动等方面都有很高的要求。由于各种数控车床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几个方面。
(1)稳定性。也就是要求系统有较好的抗干扰性，保证电源、环境、负载等所产生的波动对其影响甚小，有较硬的调速机械特性，过载能力强，性能稳定，适应性好，以确保工件加工的一致性。
(2)高精度。为满足数控加工精度的要求，关键要保证数控车床的定位精度和进给跟踪精度。这也是伺服系统静态特性与动态特性指标是否优良的具体表现。
(3)速度范围宽。为适应不同的加工条件，例如加工零件的材料、尺寸、部位以及刀具的种类和冷却方式等不同，数控车床的进给速度需在很宽的范围内无级变化。这就要求伺服电机有很宽的调速范围和优异的调速特性。
(4)具有足够的传动刚性和速度稳定性。要求伺服系统具有优良的静态与动态负载特性，即伺服系统在负载或切削条件发生变化时，应使进给速度保持恒定。剐性良好的系统．负载力矩的变化对进给速度影响很小。
(5)响应快速并无超调。为了保证轮廓切削形状精度和加工表面粗糙度，要求伺服系统除了有较高的定位精度外，还应有趣好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。
(6)可逆运行。可逆运行要求能灵活地正反向运行。在加工过程中，车床工作台处于随机状态，根据加工轨迹的要求，随时都可能实现正向或反向运动。同时要求在方向变化时，不应有反向间隙和运动的损失。
(7)低速大转矩。数控车床的加工特点是在低速时进行重切削。因此，要求伺服系统在低速时，进给驱动要有大的转矩输出。
(8)准确性。为确保加工质量，除要求系统稳定外，还必须有较高的准确定位精度。数控车床由数控系统发出指令自动完成整个加工过程，它不像普通车床那样，中间可以由操作者进行工件测量，之后再通过操纵手轮来修正加工偏差，而是按加工程序一次完成加工．所以，进给系统的定位精度直接决定了工件的加工精度，这也是考核数控车床的一项至关重要的性能指标。
典型伺服装置的组成
数控伺服系统由伺服电机(M)、驱动信号控制转换电路、电子驱动放大模块、电流调解单元、速度调解单元、位置调解单元和相应的检测装置(如光电脉冲编码器G)等组成。闭环伺服系统的典型结构：这是一个三环结构系统，外环是位置环．中环是速度环，内环为电流环。
位置环由位置调节控制模块、位置检测和反馈控制部分组成。速度环由速度比较调节器、速度反馈和速度检测装置(如测速发电机、光电脉冲编码器等)组成。
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