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機床數(shù)控系統(tǒng)的配置和功能選擇

數(shù)控系統(tǒng)的配置和功能選擇系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分,配置什麼樣的數(shù)控系統(tǒng)及選擇哪些數(shù)控功能,都是機床生產(chǎn)廠家和最終用戶所關(guān)注的問題。

機床數(shù)控系統(tǒng)的配置和功能選擇

數(shù)控系統(tǒng)的配置伺服控制單元的選擇數(shù)控系統(tǒng)的位置控制方式

開環(huán)控制系統(tǒng):采用步進電機作為驅(qū)動部件,沒有位置和速度反饋器件,所以控制簡單,價格低廉,但它們的負載能力小,位置控制精度較差,進給速度較低,主要用于經(jīng)濟型數(shù)控裝置;

半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng):采用直流或交流伺服電機作為驅(qū)動部件,可以采用內(nèi)裝於電機內(nèi)的脈沖編碼器,旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置/速度檢測器件來構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng),也可以采用直接安裝在工作臺的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測器件,來構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。

由于螺距誤差的存在,使得從半閉環(huán)系統(tǒng)位置檢測器反饋的絲杠旋轉(zhuǎn)角度變化量,還不能精確地反映進給軸的直線運動位置。但是,經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)對螺距誤差的補償後,它們也能達到相當(dāng)高的位置控制精度。與全閉環(huán)系統(tǒng)相比,它們的價格較低,安裝在電機內(nèi)部的位置反饋器件的密封性好,工作更加穩(wěn)定可靠,幾乎無需維修,所以廣泛地應(yīng)用于各種類型的數(shù)控機床。

直流伺服電機的控制比較簡單,價格也較低,其主要缺點是電機內(nèi)部具有機械換向裝置,碳刷容易磨損,維修工作量大。運行時易起火花,使電機的轉(zhuǎn)速和功率的提高較為困難。

交流伺服電機是無刷結(jié)構(gòu),幾乎不需維修,體積相對較小,有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高,目前已在很大範(fàn)圍內(nèi)取代了直流伺服電機。

伺服控制單元的種類

分離型伺服控制單元,其特點是數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制單元相對獨立,也就是說,它們可以與多種數(shù)控系統(tǒng)配用,NC系統(tǒng)給出的指令是與軸運動速度相關(guān)的DC電壓(例如0-10V),而從機床返回的是與NC系統(tǒng)匹配的軸運動位置檢測信號(例如編碼器?感應(yīng)同步器等輸出信號)。伺服數(shù)據(jù)的設(shè)定和調(diào)整都在伺服控制單元側(cè)進行(用電位器調(diào)節(jié)或通過數(shù)字方式輸入)。

串行數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元,其特點是NC系統(tǒng)與伺服控制單元之間的數(shù)據(jù)傳送是雙向。與軸運動相關(guān)的指令數(shù)據(jù)、伺服數(shù)據(jù)和報警信號是通過相應(yīng)的時鐘信號線、選通信號號、發(fā)送數(shù)據(jù)線、接收數(shù)據(jù)線、報警信號線傳送。從位置編碼器返回NC裝置的有運動軸的實際位置和狀態(tài)等信息。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元,其特點是軸控制單元密集安裝在一起,由一個公用的DC電源單元供電。NC裝置通過FCP板上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊的連接點SR、ST與各個軸控制單元(子站)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊的SR、ST點串聯(lián),組成伺服控制環(huán)。各個軸的位置編碼器與軸控制單元之間是通過二根高速通信線連接,反饋的信息有運動軸位置和相關(guān)的狀態(tài)信息。

串行數(shù)據(jù)傳輸型和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元的伺服參數(shù)在NC裝置中用數(shù)字設(shè)定,開機初始化時裝入伺服控制單元,修改和調(diào)整都十分方便。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸型伺服控制單元在相應(yīng)的控制軟件配合下,具有實時的調(diào)整能力,例如在Hi-G型定位加減速功能中,可以根據(jù)電機的速度和扭矩特性求出相應(yīng)的函數(shù),再以其函數(shù)控制高速定位時的加減速度,從而抑制高速定位時可能引起的振動。定位速度的提高可以縮短非切削時間,提高加工效率。又如在Hi-Cut型進給速度控制功能中,系統(tǒng)可以在讀入零件加工程序後,自動識別數(shù)控指令要求加工的零件形狀(圓弧、棱邊等),自動調(diào)節(jié)加工速度,使之最佳化,進而實現(xiàn)高速高精度加工。

采用高速微處理器和專用數(shù)字信號處理機(DSP)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)後,硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂?,一些現(xiàn)代控制理論的先進算法得到實現(xiàn),進而大大地提高了伺服系統(tǒng)的控制性能。

伺服控制單元是數(shù)控系統(tǒng)中與機械直接相關(guān)聯(lián)的部件,它們的性能與機床的切削速度和位置精度關(guān)系很大,其價格也占數(shù)控系統(tǒng)的很大部分。相對來說,伺服部件的故障率也較高,約占電氣故障的70%以上,所以選配伺服控制單元十分重要。

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