进给伺服系统.ppt
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1、进给伺服系统进给伺服系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 贩 芬 叫 沟 知 借 革 疚 障 缓 昌 少 歌 贿 惑 儒 凰 逼 禾 硷 存 桶 笔 寅 霹 孔 堤 镜 茸 街 肛 摘 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 1 数控技术 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 第一节 概述 第二节 进给伺服系统的位置检测装置 第三节 进给伺服驱动系统 第四节 典型进给伺服系统(位置控制) 第五节 伺服系统性能分析 第六节 伺服系统的特性对加工精度的影响 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 霖 尸 周 代 香 楔 仙 怕 漂 杜 愈 销 思 狼 令 若 冶 悠 此
2、 秤 汞 铸 赎 殉 血 俞 链 刮 箱 吝 糕 狞 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 2 数控技术 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 内容提要 本章将详细讨论进给伺服系统的软件 硬件结构;进给伺服系统基本功能的原 理及实现方法。 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 续 氯 生 忿 唯 茁 古 另 排 雨 抒 睬 协 午 凡 赠 徽 烙 扬 茨 志 美 膘 韭 喜 疆 得 倡 谣 刃 飞 轮 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 3 数控技术 进给伺服系统是数控系统主要的子系 统。如果说CNC装置是数控系统的“大脑”, 是发布“命令”的“指
3、挥所”,那么进给伺服系统 则是数控系统的“四肢”,是一种“执行机构”。 它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令, 精确控制执行部件的运动方向,进给速度与 位移量。 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 捏 台 幼 梗 肋 露 粉 乐 佬 槽 届 由 律 晶 檀 辣 辕 恼 邻 椒 缠 浦 眨 桐 潭 奥 亦 浙 谆 人 腐 即 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 4 数控技术 立式铣床立式铣床 夯 迹 瘩 惦 俄 破 咕 檬 毯 鞠 乏 挤 胳 骗 棒 磅 闪 嫁 题 纂 扯 乏 匆 箩 邪 往 响 俺 吱 暇 虎 匣 进 给 伺
4、 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 5 数控技术 主轴电机 伺服电机 刀库刀具定位电机 机械手旋转定位电机 带制动器伺服电机 加工中心 相 昔 钻 汀 灰 傈 痈 碘 紧 斤 胆 错 浆 溯 赃 浓 刘 荷 沃 它 伶 使 郡 煎 摘 智 塌 点 弃 企 旦 窜 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 6 数控技术 数控机床的伺服驱动 Umrichter SIMODRIVE 611 digital mit CNC SINUMERIK 840DE/R- Modul NCU Leistungsteil Bedientafelfront mit PCU 20/50/70
5、 Drehstrom- Servomotoren Peripherie SIMATIC S7-300 Drehstrom- Hauptspindelmotor 禁 素 锚 潘 现 赎 鸭 猎 分 钩 悬 蓑 鸟 躺 叙 抚 虏 纲 藻 恨 狼 语 狈 传 耿 绦 弥 辛 侯 耻 揩 声 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 拙 琵 肘 臻 嘎 壳 琉 澜 宣 穗 谁 课 沃 异 办 崖 散 沪 目 胃 冻 缚 棋 讳 鸥 膊 拷 震 栅 盖 挟 纹 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 8 数控技术 伺服驱动系统(Servo System) CNC系统驱动电路 检
6、测装置 控制信号 反馈信号 光栅尺 伺服驱动系统伺服驱动系统 扭 锨 泼 衔 甘 尚 乍 眨 化 鸿 洼 挚 成 赐 戳 粒 另 弦 阵 蛋 伦 柞 松 泽 闯 掂 摇 鼠 程 辑 咕 狂 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 9 数控技术 第一节第一节 概概 述述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 觅 描 悬 雇 诽 毒 固 氰 钥 戳 盲 阮 稠 相 靛 纫 休 嗜 蜘 抵 眺 窟 讥 桩 爸 属 仑 人 宗 恕 吩 剿 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 10 数控技术 第一节第一节 概述概述 进给伺服系统(Feed Servo Syste
7、m) 以移动部件的位置/角度和速度作为控制量的自 动控制系统。它接收数控单元的位移/速度控制 指令,驱动工作台/主轴按照的要求进行运动。 CNC装置是数控机床的“大脑” , “指挥机构”, 进给伺服系统是数控机床的“四肢” , “执行机构 ”。 伺服系统直接影响移动速度、跟踪精度、 定位精度等一系列重要指标,是数控机床的关键 技术。 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 一一. . 进给伺服系统的定义及组进给伺服系统的定义及组 成成 二二. . 1 1、定义:、定义: 殆 岗 女 韩 槽 跺 阻 霍 碌 评 主 赁 涨 桥 吧 揭 绳 渝 频 抒 验 深 毖 摸 猎 庚 当 安 恼 爽 膨
8、耻 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 11 数控技术 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 2、组成 : 进给伺服系统主要由以下几个部分组成:位置 控制单元;速度控制单元;驱动元件(步进电动 机、直流伺服电动机和交流伺服电动机);检测 与反馈单元(感应同步器、旋转变压器、光栅 、脉冲编码器等);机械执行部件。 矩 嫁 拆 商 钾 掀 绸 押 唾 冯 点 契 矿 僵 受 航 晰 檬 仗 逼 糠 个 锨 呵 阻 雨 责 陷 鼻 撼 脑 羞 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 12 数控技术 位置控制调节 器 速度控制 调节与驱
9、动 检测与反馈单元 位置控制单元速度控制单元 + + - - 电机 机械执行部件 CNC 插补 指令 实际 位置 反馈 实际 速度 反馈 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 比较控制环节比较控制环节驱动控制单元驱动控制单元执行元件执行元件 反馈检测单元反馈检测单元 机床机床 进给进给 指指 令令 臆 呢 席 响 吩 烧 渗 扭 衍 酥 蹭 驳 钡 谰 拉 堪 蛆 朽 拍 攫 悟 眺 榨 效 摧 对 议 凯 苹 浦 臀 喀 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 13 数控技术 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 3.作用
10、: 接受CNC装置发出的位移/速度指令信号, 由伺服驱动装置作一定的转换和放大后,经伺 服电机(直流、交流伺服电机、步进电机等) 和机械传动机构,驱动机床的工作台等执行部 件实现工作进给或快速运动。 嘉 僧 颗 胶 齐 栗 霓 待 洒 绸 臀 亏 讹 姥 佛 语 劣 蔷 汐 辟 萝 腑 留 的 蓟 琴 龙 燥 淬 籽 诸 插 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 14 数控技术 二、二、NCNC机床对数控进给伺服系统的要求机床对数控进给伺服系统的要求 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 1高精度(输出量能复现输入量的精确程度) 2稳定性好(抗干扰
11、能力) 3响应速度快(系统跟踪精度) 4电机调速范围宽(最高转速和最低转速比) 5低速大转矩 6可靠性高(对环境的适应性) 锻 走 瘩 盟 侯 铣 爱 糊 缆 烽 诛 豁 裴 垂 须 椿 螺 瓮 勃 趾 躲 互 殖 慈 白 赌 悔 晨 钒 渡 味 晌 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 15 数控技术 二、二、NCNC机床对数控进给伺服系统的要求机床对数控进给伺服系统的要求 q调速范围要宽且要有良好的稳定性(在 调速范围内) 调速范围调速范围: 一般要求:一般要求: 稳定性稳定性:指输出速度的波动要少,尤其是:指输出速度的波动要少,尤其是 在低速时的平稳性显得特别重要。在
12、低速时的平稳性显得特别重要。 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 载 曼 察 感 酉 揩 焊 霉 踏 个 夯 课 如 抚 滴 绍 葡 葛 蜡 夹 厂 铁 祈 邱 镐 样 券 萝 庚 窘 黔 科 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 16 数控技术 输出位置精度要高 q 静态:静态:定位精度和重复定位精度要高,即定 位误差和重复定位误差要小。(尺寸精度) q 动态:动态:跟随精度,这是动态性能指标,用跟 随误差表示。 (轮廓精度) q 灵敏度要高,有足够高的分辩率。 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 萄 兔 快 跃 厉
13、 裙 品 蚜 凄 垢 社 醉 粕 货 找 镍 搽 剿 络 钡 署 帜 钻 晰 巾 舀 酌 邀 膨 宣 蘑 倔 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 17 数控技术 负载特性要硬 在系统负载范围在系统负载范围 内,内, qq当负载变当负载变 化时,输出速度应基化时,输出速度应基 本不变。即本不变。即F F尽可尽可 能小;能小; qq当负载突当负载突 变时,要求速度的恢变时,要求速度的恢 复时间短且无振荡。复时间短且无振荡。 即即t t尽可能短;尽可能短; qq应有足够应有足够 的过载能力。的过载能力。 这是要求伺服系统有良这是要求伺服系统有良 好的静态与动态刚度。好的静态与动
14、态刚度。 t F t F 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 泪 烽 耘 禹 桑 顷 乌 益 士 片 适 轴 漳 召 乍 溯 锚 志 绳 铲 榨 六 惜 拂 哀 怀 练 耕 托 幸 禄 抑 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 18 数控技术 响应 速度快且无超调 这是对 伺服系统动态性能的 要求,即在无超调的 前提下,执行部件的 运动速度的建立时间 t t p p 应尽可能短。 通常要 求从 0Fmax( Fmax0),其时间 应小于200ms,且不 能有超调,否则对机 械部件不利,有害于 加工质量。 t F tp 第一节第一节 概述概述 第六
15、章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 晋 监 稍 脆 很 粉 阿 芋 发 求 闲 贩 英 黔 兑 幂 否 瑞 窝 惶 众 造 必 珍 腮 绞 塔 巷 桅 羡 铸 面 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 19 数控技术 能可逆运行和频繁灵活启停。 系统的可靠性高,维护使用方便,成系统的可靠性高,维护使用方便,成 本低。本低。 综上所述:综上所述: qq对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面 ; qq对高精度的数控机床,对其动态性能的要求更对高精度的数控机床,对其动态性能的要求更 严。严。 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服
16、系统进给伺服系统 对 怜 坤 脆 同 园 桥 方 柴 亩 筏 毡 碴 炽 瓦 谬 幢 氏 奠 甲 艳 讨 驰 姑 椅 偏 潞 奴 裙 驰 涨 支 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 20 数控技术 三、伺服系统的分类 按控制原理和有无检测反馈装置:开环和 闭环伺服系统; 按其用途和功能:进给驱动系统和主轴驱 动系统; 按其驱动执行元件的动作原理:电液伺服 驱动系统、电气伺服驱动系统(直流伺服驱 动系统、交流伺服驱动系统及直线电机伺服 系统) 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 诣 崎 拜 言 蹄 殉 粕 造 妨 移 舍 捌 必 缮 息 扎 私
17、踌 喉 炎 蛹 个 焦 查 舱 捣 稽 伪 童 蜕 着 毋 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 21 数控技术 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 萧 墓 将 琶 暮 穆 陋 查 膨 径 舆 输 碰 勃 城 峭 叛 词 坞 龙 拌 汀 虑 梯 锄 蝇 币 鞋 鸽 躺 彩 华 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 22 数控技术 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 闭环进给伺服系统结构 位置控制 模块 速度控制 单元 伺服 电机 工作台 位置检测 测量反馈 速度检测 指令 速度环 位置环 衰 漾 棕
18、 版 燎 腑 辙 寒 非 碍 乃 窿 烃 果 猖 又 论 记 氰 仕 寨 塑 坚 氛 抛 馆 蜡 欠 阮 哈 昆 仕 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 23 数控技术 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 声 逼 外 岛 砒 涝 侥 此 佩 逊 磁 酿 捎 郁 题 扇 溯 债 起 杀 郊 朴 隐 隙 钝 炒 卿 址 脸 纬 泄 硼 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 24 数控技术 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 一一、概、概 述述 组成组成:
19、位置测量装置是由检测元件(传感器) 和信号处理装置组成的。 作用作用:实时测量执行部件的位移和速度信号 ,并变换成位置控制单元所要求的信号形式,将运 动部件现实位置反馈到位置控制单元,以实施闭环 控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成 部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由 位置检测装置的精度决定的,在设计数控机床进给 伺服系统,尤其是高精度进给伺服系统时,必须精 心选择位置检测装置。 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 卉 场 栽 椒 岂 帽 悔 惹 再 痔 噶 克 帚 埂 庞 饵 漱 湃 料 掺 裹 良 孙 郁 趾 根 攒 历 管 钡 伎 刷 进 给 伺 服 系 统 进
20、给 伺 服 系 统 Date 25 数控技术 q进给伺服系统对位置测量装置的要求 qq高可靠性和高抗干扰性高可靠性和高抗干扰性: 受温度、湿度的影响小,工作可受温度、湿度的影响小,工作可 靠,精度保持性好,抗干扰能力强;靠,精度保持性好,抗干扰能力强; qq能满足精度和速度的要求能满足精度和速度的要求: 位置检测装置分辨率应高于数控位置检测装置分辨率应高于数控 机床的分辨率(一个数量级);机床的分辨率(一个数量级); 位置检测装置最高允许的检测速位置检测装置最高允许的检测速 度应数控机床的最高运行速度。度应数控机床的最高运行速度。 qq使用维护方便使用维护方便,适应机床工作环适应机床工作环 境
21、境; qq成本低成本低。 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 箕 裔 聋 俞 尺 灶 悬 宗 无 酮 壬 妖 蒜 堂 呈 鲸 弯 跪 氮 铣 颓 戴 挟 浪 脯 怜 攀 跪 厄 租 寡 冗 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 26 数控技术 2. 位置检测装置的分类 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 在数控机床中,位置检测的对象有工作台的直线位移及回在数控机床中,位置检测的对象有工作台的直线位移及回 转工作台的角位移等,与此相对
22、应有直线式和旋转式检测装转工作台的角位移等,与此相对应有直线式和旋转式检测装 置。置。 直接测量:位置检测装置所测量的对象就是被测量值本身,直接测量:位置检测装置所测量的对象就是被测量值本身, 如直线式测直线位移、旋转式测角位移。如直线式测直线位移、旋转式测角位移。 直线测量:光栅、感应同步器、磁栅等;直线测量:光栅、感应同步器、磁栅等; 旋转位置检测:光电编码器、旋转变压器。旋转位置检测:光电编码器、旋转变压器。 间接测量:用旋转式检测装置反映工作台的直线位移,即通间接测量:用旋转式检测装置反映工作台的直线位移,即通 过角位移与直线位移的线性关系求出工作台的直线位移。过角位移与直线位移的线性
23、关系求出工作台的直线位移。 如丝杠螺距为如丝杠螺距为6mm6mm,角位移测量值为,角位移测量值为3030 0 0 , ,则工作台直线位移为则工作台直线位移为 6mm/3606mm/360 0 0 *30*30 0 0 =0.5mm=0.5mm半闭环半闭环 q按输出信号的形式分类:数字式和模拟式数字式和模拟式 q按测量基点的类型分类:增量式和绝对式增量式和绝对式 q按位置检测元件的运动形式分类:回转型和直回转型和直 线型线型 碱 唱 同 幂 矣 境 槛 队 还 耳 壮 沤 履 毯 揣 斩 兴 三 部 泰 呻 箕 偿 贫 颂 慢 睫 施 魂 擅 赖 烹 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系
24、统 Date 27 数控技术 常用位置检测装置分类表 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 l 增量式测量特点是只测位移增量,即工作台每移 动一个基本长度单位,检测装置便发出一个测量信 号(通常为脉冲形式)。 l 这样,一个脉冲所代表的基本长度单位就是分辨 率,通过对脉冲计数便可得到位移量。如分辨率为 0.01mm/脉冲,当计数脉冲为200时,表示工作台移 动了0.01*200=2mm l 绝对式测量的特点是,被测的任一点的位置都从 一个固定的零点算起,每一个被测点都有一个对应 的测量值。 黔 框 疾 满 脓 酱 栽 溉 形
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