進給伺服以數控機床的各坐標為控制對象,產生機床的切削進給運動。為此,東莞電機廠要求進給伺服能快速調節坐標軸的運動速度,并能精確地進行位置控制。具體要求其調速范圍寬、位移精度高、穩定性好、動態響應快。根據系統使用的電動機,進給伺服可細分為步進伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。
一、步進伺服系統
步進伺服是一種用脈沖信號進行控制,并將脈沖信號轉換成相應的角位移的控制系統。其角位移與脈沖數成正比,轉速與脈沖頻率成正比,通過改變脈沖頻率可調節電動機的轉速。如果停機后某些繞組仍保持通電狀態,則系統還具有自鎖能力。步進電動機每轉一周都有固定的步數,如500步、1000步、50 000步等等,從理論上講其步距誤差不會累計。
步進伺服結構簡單,符合系統數字化發展需要,但精度差、能耗高、速度低,且其功率越大移動速度越低。特別是步進伺服易于失步,使其主要用于速度與精度要求不高的經濟型數控機床及舊設備改造。但近年發展起來的恒斬波驅動、PWM驅動、微步驅動、超微步驅動和混合伺服技術,使得步進電動機的高、低頻特性得到了很大的提高,特別是隨著智能超微步驅動技術的發展,將把步進伺服的性能提高到一個新的水平。
二、直流伺服系統
直流伺服的工作原理是建立在電磁力定律基礎上。與電磁轉矩相關的是互相獨立的兩個變量主磁通與電樞電流,它們分別控制勵磁電流與電樞電流,可方便地進行轉矩與轉速控制。另一方面從控制角度看,直流伺服的控制是一個單輸入單輸出的單變量控制系統,經典控制理論*適用于這種系統,因此,直流伺服系統控制簡單,調速性能優異,在數控機床的進給驅動中曾占據著主導地位。
然而,從實際運行考慮,直流伺服電動機引入了機械換向裝置。其成本高,故障多,維護困難,經常因碳刷產生的火花而影響生產,并對其他設備產生電磁干擾。同時機械換向器的換向能力,限制了電動機的容量和速度。電動機的電樞在轉子上,使得電動機效率低,散熱差。為了改善換向能力,減小電樞的漏感,轉子變得短粗,影響了系統的動態性能。
三、交流伺服系統
針對直流電動機的缺陷,如果將其做“里翻外”的處理,即把電驅繞組裝在定子、轉子為永磁部分,由轉子軸上的編碼器測出磁極位置,就構成了永磁無刷電動機,同時隨著矢量控制方法的實用化,使交流伺服系統具有良好的伺服特性。其寬調速范圍、高穩速精度、快速動態響應及四象限運行等良好的技術性能,使其動、靜態特性已*可與直流伺服系統相媲美。東莞電機意識到同時可實現弱磁高速控制,拓寬系統的調速范圍,適應高性能伺服驅動的要求。
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