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数控机床进给驱动系统的基本控制方式

时间:2017-08-14 01:39:37来源:本站 作者:admin 点击:
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进给驱动系统分开环、半闭环和全闭环三种控制方式。开环控制与闭环控制的主要区别为是否采用了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统,半闭环控制和全闭环控制的主要区别是位置检测元件在数控机床中所处的位置不同。开环控制一般采用步进电动机作为驱动元件,闭环控制一般采用伺服电动机作为驱动元件。

1、开环数控系统
无位置反馈装置的控制方式称为开环控制,采用开环控制作为进给驱动系统,则称为开环数控系统。开环系统一般使用步进驱动系统(包括电液脉冲马达)作为伺服执行元件,所以也叫步进驱动系统。在开环控制系统中,数控装置输出的脉冲,经过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件的处理,在驱动电路中进行功率放大后控制步进电动机,最终控制步进电动机的角位移。步进电动机在经过减速装置(一般为同步带,或直接连接)带动丝杠旋转,通过丝杠将角位移转换为移动部件直线位移。因此,控制步进电动机的转角与转速,就可以间接控制移动部件的移动,俗称位移量。

采用开环控制系统的数控机床结构简单,制造成本较低,但是由于系统对移动部件的实际位移量不进行检测,因此无法通过反馈自动进行误差检测和校正。另外,步进电动机的步距角误差、齿轮与丝杠等部件的传动误差,最终都将影响被加工零件的精度。特别是在负载转矩输出超过输出转矩时,将导致“丢步”,使加工出错。因此,开环控制仅适用于加工精度要求不高,负载较清且变化不大的简易、经济型数控机床。

2、半闭环数控系统
半闭环位置检测方式一般讲位置检测元件安装在电动机的轴上(通常已由电动机生产厂家安装好),用以精确控制电动机的角度,然后通过滚珠丝杠等传动机构,将角度转换成工作台的直线位移,如果滚珠丝杠的精度足够高,间隙小,机床精度要求一般可以得到满足。而且传动链上有规律的误差可以由数控装置加以补偿,因而可进一步高精度,因此在精度要求适中的中、小型数控机床上半闭环控制得到了广泛的应用。

半闭环控制方式的优点是它的闭环环路短,因此系统容易达到较高的位置增益,不发生振动现象。它的快速性也好,动态精度高,传动机构的非线性因素对系统的影响小。但如果传动机构的误差过大或误差不稳定,则数控系统难以补偿。由制造安装所引起的重复定位误差,以及由于环境温度与丝杠温度的变化所引起的丝杠螺距误差也不能补偿。因此要进一步提高精度,只有采用全闭环控制方式。

3、全闭环数控系统
全闭环控制方式是直接从机床的移动部件上获取位置的实际移动值,因此其检测精度不受机械传动精度的影响。但不能认为全闭环控制方式可以降低对传动机的要求。因闭环环路包括机械传动机构,它的闭环动态特性不仅与传动部件的刚度、惯性有关,而且还取决于阻尼、油的粘度、滑动面的摩擦因素等因素。这些因素对动态特性的影响在不同条件下还会发生变化,这给位置闭环控制的调整和保持稳定带来了困难,导致调整闭环环路时必须要降低位置增益,从而对跟随误差与轮廓加工误差产生了不利影响。所以采用全闭环控制方式时必须增大机床的刚度,改善滑动面的摩擦特性,减小传动间隙,这样才有可能提高位置增益。全闭环控制方式广泛应用在精度要求较高的大型数控机床上。

由于全闭环控制系统的工作特点,它对机械结构以及传动系统的要求比半闭环更高,传动系统的刚度、间隙、导轨的爬行等各种非线性因素将直接影响系统的稳定性,严重时甚至产生振动。解决以上问题的最佳途径是采用直线电动机作为驱动系统的执行器件。采用直线电动机驱动,可以完全取消传动系统中将旋转运动变为直线运动的环节,大大简化机械传动系统的结构,实现了所谓的零传动。它从根本上消除了传动环节对精度、刚度、快速性、稳定性的影响,故可以获得比传动进给驱动系统更高的定位精度、快进速度和加速度。


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