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数控机床伺服驱动系统的分类

日期：2010年12月06　来源：沈阳机床集团　关键字：数控机床
    数控机床的伺服驱动系统按其控制原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统、闭环系统和半闭环系统；按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按驱动执行元件的动作原理分为电液控制系统和电气控制系统。其中，电气控制系统按所用驱动元件的类型，又有步进电动机驱动系统、直流伺服系统和交流伺服系统之分。按反馈比较控制方式，数控机床伺服系统有脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统。
    1．开环控制和闭环控制
    (1)开环伺服系统
    开环伺服系统构成原理图。它主要由步进电机及其驱动线路构成。数控系统发出指令脉冲经过驱动线路变换与放大，传给步进电机。步进电机每接受一个指令脉冲，就旋转一个角度，再通过齿轮副和丝杠螺母副带动机床工作台移动。步进电lwj转速和转过的角度取决于指令脉冲的频率和个数，反映到工作台上就是工作台的移动速度和位移大小。然而，由于系统中没有检测和反馈环节，工作中移动是否到位，取决于步进电杌的步距角精度、齿轮传动间隙、丝杠螺母副的精度等，所以它的精度较低。但其结构简单，易于调整，工作可靠，价格低廉。该系统应用于精度要求不高的数控机床。
    (2)闭环伺服系统
    由于开环伺服系统只接受数控系统的指令脉冲，至于执行情况的好坏系统则无法控制。如果能对执行情况进行监控，其加工精度无疑会大大提高。图5-3所示为闭环伺服系统构成原理图。数控机床它由比较环节、驱动线路（包括位置控制和速度控制）、伺服电机、检测反馈单元等组成。安装在机床工作台的位置检测装置，将工作台的实际位移量测出并转换成电信号，经反馈线路与指令信号进行比较，并将其差值经伺服放大，控制伺服电机带动工作台移动，直到两者差为零为止。
    数控机床进给系统的误差是CNC输出的位置指令和机床工作台（或刀架）实际位置的差值。在闭环伺服系统中，位置测量元件直接安装在机床移动部件上，其位置检测包含了传动链的全部误差，其测量精度直接影响机床的控制精度。检测装置的精度指标主要包括系统精度和系统分辨率。数控机床系统精度是指在一定长度或转角内测量积累误差的最大值，目前一般直线位移测量精度已达到±0 002~0 02mm/m，回转角测量精度达到±107360。。系统分辨率是测量无件所能正确检测的最小位移量，目前直线位移测量精度达到0. OOI一。．Oimm，角位移分辨率为2”。
    不能认为闭环伺服系统可以降低对传动机构的要求，它的许多因素会影响系统的动态特性，给调试和稳定带来困难，导致调整闭环环路时必须要降低位置增益，这又会对跟随误差与轮廓加工误差产生不利影响。数控机床所以采用闭环方式时必须增大机床的刚性，改善滑动面的摩擦特性，减少传动间隙，这样才有可能提高位置增益。
    闭环伺服系统的结构复杂，其调试和维护都有较大的技术难度，价格也较责。因此，一般只在大型精密数控机床上采用。
    (3)半闭环伺服系统
    闭环伺服系统由于检测的是机床最末端的位移量，其影响因素多而复杂，极易造成系统不稳定，且其安装调试都很复杂，而测量转角则容易得多。半闭环伺服系统的测速发电机、旋转变压器等转角测量装置直接装在电机轴上。工作时将所测的转角折算成工作台的位移，再与指令值进行比较，用比较后的差值控制移动部件移动，直到差值消除时才停止移动。这种不在机床末端而在中间某一部分拾取反馈信号的伺服系统就称为半闭环伺服系统。
    由于这种系统抛开了一些诸如传动系统刚度和摩擦阻尼等非线性因素，所以这种系统调试比较容易，稳定性也好。尽管这种系统不反映反馈回路之外的误差，但由于采用高分辨率的检测元件，也可以荻得比较满意的精度。这种系统被广泛应用于中小型数控机床上。

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