【2017年整理】六进给伺服系统.ppt

*;教学提示：进给伺服系统不仅是数控机床的一个重要组成部分，也是数控机床区别一般机床的一个特殊部分，它的定位精度高，跟踪指令信号响应快，稳定性好，保证进给伺服系统的正常工作对充分发挥数控机床的作用至关重要。本章分别介绍了FANUC、华中、SIEMENS进给伺服系统的分类，参数设定，常见故障诊断及维修。 教学要求：了解进给伺服系统的组成和分类，FANUC、华中、SIEMENS系统常用的进给伺服系统的分类和工作原理，数控机床常用位置检测装置的工作原理；掌握FANUC、华中、SIEMENS进给伺服系统的参数设定、初始化、常见故障的诊断与维修，数控机床常用位置检测装置常见故障的诊断与维修。 ;6.1 进给伺服系统概述; 位置环称为外环，它的输入信号有两个，一个是数控装置给出的指令信号，另一个是由位置检测元件反馈的实际位移量信号，该信号是负反馈信号。速度环称为中环，其输入信号有两个，一个是位置环的输出信号，另一个是速度检测元件反馈的信号，该信号也是负反馈信号。电流环称为内环，它也有两个输入信号，一个是速度环输出信号，另一个是电流检测元件反馈的信号。在实际应用中，速度环和电流环制作成一个整体单位，称为速度伺服单元或简称伺服单元，也称作伺服放大器。; 三环的具体结构和各类检测元件在实际的数控机床中会有较大的变化，但是实现控制的基本思想大体是一致的。伺服单位和伺服电动批量配套使用的不同种类的伺服单元和伺服电动机之间没有互换性。根据其位置检测信号所取部位的不同，闭环伺服系统又分为半闭环与全闭环两种，如图 6-1所示。 ; 1．电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由厂家作好或指定了相应的匹配参数，其反馈信号一般在伺服控制系统内连接完成，因此不需接线与调整。 ;2．速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分（PI）调节器，其P、I调解值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统（导轨、传动机构）的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环（PI）调节器。速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂直运动坐标轴，位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整. ; 3．位置环是控制各坐标轴按指令位置精度定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。其中有两个方面的工作。 ① 位置测量元件的精度与数控系统脉冲当量的匹配问题，测量元件单位移动距离发出的脉冲数目经过外部倍频电路和/或数控系统内部倍频系数的倍频后，要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm，数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm，则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。 ; ② 位置环增益系数 值的正确设定与调节。通常 值是作为数控机床数据设置的，数控系统中对各个坐标轴分别指定了 值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后 值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。 值是数控机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。 ; 4．前馈控制与反馈相反，它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路，其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数机床没有设此功能，本文不详述，只是要注意，前馈控制必须是在上述三个控制环均调试最佳后方可进行。 ;二、进给伺服系统的分类;1．开环位置伺服系统 开环位置伺服系统是一种没有位置反馈的位置控制系统。它的伺服机构按照指令装置发出来的位置移动指令，驱动机械作相应的运动，但并不对机械的实际位移量或转角进行检测，从而也无法将其与指令值进行比较。它的位置控制精度只能靠伺服机构本身的传动精度来保证。 ; 早期简易型的数控机床的进给驱动位置伺服系统，常采用步进电动机为主要部件的开环位置伺服系统，组成如图6-2所示。步进电动机实质上是一种同步电动机，每当数控装置向步进电动机发出一个进给脉冲指令的时候，步进电机的转子就在此脉冲所产生的同步转矩作用下旋转一个固定的角度，通常称之为步距角，因此它是一种将电脉冲变为角位移的电磁装置。; 这种开环位置伺服系统的位置控制精度完全依赖于步进电动机的步距角精度和齿轮、丝杠等传动部件的精度。若传动链存在误差，系统是无法随时进行修正的。加上受步进电机本身力矩频率特性的制约，系统的进给移动速度不能很高，所以这种开环位置伺服系统仅适用于那些对位置控制精度要求不高、位移速度