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讲解数控车床有哪些伺服电机部件

time:2021-06-25    Author: Smart Star

1.刀架

  电动刀架作为数控车床的关键功能部件,具有非常重要的功能,主要用于实现装夹刀具、预留刀具和自动换刀等功能。市场上数控刀架通常分为低、中、高三种,分类主要根据使用场合而定。低级刀架一般只有电力作为动力,简称电动刀架。由于刀架转动扭矩的动力源只有电机的扭矩,所以不能承载太多的功能。但结构的简单性也使得这种低档电动刀架承载能力很强,其低档的简单性决定了它不能适用于高精度、多要求的机床,只能在经济简单的机床上使用。中档刀架有所改进,种类较多,有液压刀架、伺服刀架、双选电动刀架。

  根据刀架的名称,液压刀架主要采用液压马达或液压缸作为动力源,而伺服采用交流伺服马达作为动力源,对控制和精度要求更高,旋转更快,重复定位精度更高。这种中端刀架因其性能的适用性和价格的实用性而被广泛应用于普通机床。高档数控刀架相对于中档刀架具有更好的性能水平,主要表现在精度维护和高精度加工上。其自动化程度高也是高档数控刀架的发展方向,主要用于精度要求较高的高档数控机床。

  2.进给伺服

  伺服驱动系统由位置控制、速度控制和电流控制三环结构组成。

  (1)电流回路

  电流环作为系统最里面的部分,是整个伺服系统的底层数据采样环节。离散电流环的采样周期越短,伺服刚度越高,伺服控制性能越好。当前循环是最里面的循环,所以它是控制的根,是所有控制最直接的执行者。广义来说,伺服调节的最终目的是保证无论高速或低速加工多么复杂的零件,电流都要尽可能稳定(电流环输出的电流谐波分量小),电流响应速度不要波动太大。

  只有电流稳定,扭矩才能稳定,才能保证最终的加工效果。此外,由于处理周期高速,电流回路还负责异常控制的详细检测。电流回路作为最里面的回路,必须满足比速度回路和位置回路更高的响应周期,才能准确实时地控制转速变化对应的交流频率,即能从速度变化跟上指令处理,及时响应。

  (2)速度环

  速度回路保证电机速度与指令值一致,消除负载转矩扰动等因素对电机速度的影响。将速度指令与反馈的电机实际速度进行比较,差值直接通过调速器产生Q轴指令电流,控制电机加速、减速或保持恒速,使电机实际速度与指令值一致。速度环是电流环和位置环之间的中间环节。合理提高速度环的效益是整个伺服调试的核心。速度环以整个电流环为被控对象。扭矩是速度和惯性的乘积。为了保证扭矩的稳定性,转速与负载惯量之比是根本。所以速度环的作用是保证速度的稳定性。速度与负载惯量之比直接影响电流环的稳定性。伺服调节最关键的参数之一是速度环路增益(Kv)。速度环增益是给定速度与比较后的反馈速度之差的放大系数。显然,这个倍数越大,速度变化的分辨率越高。分辨率越高,分辨和扭转速度波动的能力越强(因为负反馈的本质是不断修正差异,直到为0)。这种扭转速度的能力非常关键,这表明系统对外部负载的抗干扰能力。速度增益越大,系统对外界的抗干扰能力越强,所以抑制速度波动的能力越强,平滑度明显越好(在无振动的前提下)。因此,速度环增益越大,它代表精确的速度控制能力、精确的扭矩力、最佳的表面平滑特性,并且它与位置环一起代表最佳的机械响应性。

  (3)定位环

  位置环的根本任务是使执行器准确跟踪位置指令,从而产生交流伺服电机的速度指令,使交流伺服电机的电机准确定位和跟踪。通过将设定的目标位置与电机精确定位的实际位置进行比较,通过位置调节器利用其偏差产生电机的速度指令。当给定量随机变化时,系统可以使被控量精确跟踪并再现给定量。从伺服驱动系统的原理框图可以看出,位置环是第三环中的最外环,也是最后一个调整对象。它控制所有对象,包括当前循环和速度循环。

  一般先确定电流环和速度环,最后确定位置环。因此,插补后,位置指令和位置回路是保证加工结果是否符合要求的最重要的最终决定因素。评价机床的加工性能主要表现在被加工零件的表面光洁度和轮廓精度上,从系统的角度来看,轮廓精度由定位环决定。在确定位置环的输入指令后,用反馈的反馈位置放大差值,得到位置误差。显然,类似于速度环路增益,位置环路增益描述了位置变化的精确分辨率。其功能是描述系统的静态精度和动态跟踪性能。位置环KP设置越大,区分位置变化和扭转的能力越高,机械滞后越好,动态跟随性能越强。速度环的高响应,最终提高了定位精度。

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