中高职衔接课件

“中高职衔接”专项培训数控机床故障与维修模块,内容设计：,机床的故障诊断与维修涉及知识面较广，尤其是故障诊断，要求学生要有较好的基础知识才能正确的有针对性对故障进行分析，而中高职学生基础较薄弱，在案例教学中，学生虽然明白应该怎么做，但往往在实践中不能正确的判断故障的起因。这门课的重点在诊断上，就像医生诊断病人一样，要根据症状来判断病因，才能对症下药。因此在教学过程中，要合理的设计教学内容，针对学生的薄弱点来因材施教。,学习内容：在教学中从数控机床的机械机构部分循序渐进，针对学生的弱点进行重点讲解，在学生打牢基础知识后，再结合故障实例进行分析讲解，并根据条件进行实操练习。,机械结构,电气控制,气液传动,伺服系统,故障实例分析,第一单元：数控机床的机械结构,1.1数控机床的结构特点高的刚度及良好的抗振性能热稳定性好运动导轨副的摩擦特性好传动系统简化进给传动无间隙,1.2对主传动的要求主传动的作用：产生主切削力要求：足够的转速范围足够的功率和扭矩各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性噪声低、运行平稳,1.2.2主传动系统结构,根据数控机床的类型与大小，其主传动主要有以下四种形式：1带有变速齿轮的主传动系统2带有定比传动的主传动系统3用两个电动机分别驱动的主传动系统4由主轴电动机直接驱动的主传动系统,图1-1数控机床主传动系统分类,电主轴,例：分析图1-2所示的TND360型数控车床主轴箱传动系统,图1-2TND360型数控车床主轴箱传动系统,1.3主轴的支撑,目前数控机床主轴轴承配置有三种主要形式。（a）为数控机床前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列向心推力球轴承，后支承采用成对向心推力球轴承。此种结构普遍应用于各种数控机床，其综合刚度高，可以满足强力切削要求。（b）为前支承采用多个高精度向心推力球轴承，这种配置具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，适用于高速轻载和精密数控机床。（C）为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承，其经向和轴向刚度很高，能承受重载荷。但这种结构限制了主轴最高转速，因此适用于中等精度低速重载数控机床。,13,主轴轴承常见的支撑形式(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三,1、主轴轴承的支撑形式,1）前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和60角接触双列向心推力球轴承组合，后支撑采用成对向心推力球轴承。可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求。普遍用于各类数控机床主轴。,2）前支撑采用高精度双列向心推力球轴承。向心推力轴承有良好的高速性，主轴最高转速可达4000rmin，但承载能力小，适于高速、轻载、高精密的数控机床主轴。3）前后支撑分别采用双列和单列圆锥滚子轴承。径向和轴向刚度高，能承受重载荷，其安装、调整性能好，但限制了主轴转速和精度，因此可用于中等精度、低速、重载的数控机床的主轴。,1主轴的支承数控机床主轴支承可以有多种配置形式。图5-8所示为TND360型车床主轴部件。因为主轴在切削时要承受较大的切削力，所以轴径较大，刚性好。在主轴端部，卡盘靠前端的短圆锥面和凸缘端面定位，用拨销传递扭矩。主轴为空心轴，通过棒料的直径可达60mm。前轴承为三个推力角接触球轴承，前面两个轴承大口朝向主轴前端，接触角为25，以承受轴向切削力；后面轴承大口朝向主轴后端，接触角为14，三个轴承的内外圈轴向由轴肩和箱体孔的台阶固定，以承受轴向负荷。后支承由一对背靠背的推力角接触球轴承组成，只承受径向载荷，并由后压套进行预紧.,图5-8TND360型车床主轴结构1、2-后轴承3-轴承4、5-前轴承,2动力卡盘为了减少辅助时间和劳动强度，并适应自动化和半自动化加工的需要，数控车床多采用动力卡盘装夹工件，目前使用较多的是自动定心液压动力卡盘。该卡盘主要由引油导套、液压缸和卡盘三部分组成。,图5-9为液压动力卡盘液压缸的结构图。液压缸体2通过法兰盘4及连接件固定在主轴尾部，随主轴一起旋转。引油导套1固定在动力卡盘的壳体上，通过前后滚珠轴承支承液压缸转动。当程序段指令发出夹紧或松开控制信息后，通过液压系统控制活塞产生轴向位移，再通过拉杆使主轴前端动力卡盘的卡爪夹紧或松开。,图5-9动力卡盘液压缸结构图,1-引油导套2-液压缸体3-活塞4-法兰盘,3自动夹紧装置在带有刀库的数控机床中，为了实现刀具在的自动装卸，主轴内设有刀具自动夹紧装置。图5-11所示为自动换刀数控铣镗床的主轴部件，其主轴前端的7：24锥最孔用于装夹锥柄刀具或刀杆。主轴的端面键可用于传递刀具的扭矩，也可用于刀具的周向定位。刀具夹紧时，蝶形弹簧11通过拉杆7，双瓣卡爪5，在套筒14的作用下，将刀柄的尾端拉紧。当换刀时，在主轴上端油缸的上腔A通入压力油，活塞12的端部推动拉杆7向下移动，同时压缩蝶形弹簧11，当拉杆7下移到使双瓣卡爪5的下端移出套筒14时，在弹簧6的作用下，卡爪张开，喷气头13将刀柄顶松，刀具即可由机械手拔除。待机械手将新刀装入后，油缸10的下腔通入压力油，活塞12向上移，蝶形弹簧伸长将拉杆7和双瓣卡爪5拉着向上，双瓣卡爪5重新进入套筒14，将刀柄拉紧。活塞12移动的二个极限位置都有相应的行程开关（LS1，LS2）作用，作为刀具松开和夹紧的回答信号。,图5-11数控铣镗床的主轴部件1-调整半环；2-3182120型锥孔双列圆柱滚子轴承；3-2268120型双向向心球轴承；4、9-调整环；5-双瓣卡爪；6-弹簧；7-拉杆；8-46115型向心推力球轴承；10-油缸；11-碟型弹簧；12-活塞；13-喷气头；14-套筒,1.4主轴的准停装置,主轴准停功能又称主轴定位功能，即主轴停止时，控制其停在固定的位置。这是换刀所必需的功能，因为每次换刀时都要保证刀具锥柄处的键槽对准主轴上的端面键，也要保证在精镗孔完毕退刀时不会划伤已加工表面。准停装置分为机械式和电气式两种。现代的数控机床一般都采用电气式主轴准停装置，只要数控系统发出指令信号主轴就可以准确的定向。,1）机械准停控制采用机械凸轮机构或光电盘方式进行粗定位，然后有一个液动或气动的定位销插入主轴上的销孔或销槽实现精确定位，完成换刀后定位销退出，主轴才开始旋转。结构复杂，在早期数控机床上使用较多。,典型的V形槽轮定位盘机械准停原理示意图,2）电气准停控制,永久磁铁与磁传感器在主轴上的位置,磁传感器主轴准停控制在主轴上安装一个永久磁铁与主轴一起旋转，在距离发磁体旋转外轨迹12mm处固定一个磁传感器，它经过放大器并与主轴控制单元相连接，当主轴需要定向时，便可停止在调整好的位置上。,20,较常用的电气方式有两种，一种是利用主轴上光电脉冲发生器的同步脉冲信号；另一种是利用磁力传感器检测定向。图5-13所示为利用磁力传感器检测定向的工作原理，在主轴上安装有一个永久磁铁4与主轴一起旋转，在距离永久磁铁4旋转轨迹外1-2mm处，固定有一个磁传感器5，当机床主轴需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电动机3立即降速，使主轴以很低的转速回转，当永久磁铁4对准磁传感器5时，磁传感器发出准停信号，此信号经过放大后，由定向电路使电动机准确地停止在规定的周向位置上。这种准停装置机械结构简单，发磁体与磁传感器间没有接触摩擦，准停的定位精度可达1，能满足一般换刀要求。而且定向时间短，可靠性较高。,图5-13磁力传感器定向装置1-主轴；2-皮带；3主轴电机；4-永久磁铁；5-磁传感器,1.5进给系统的要求,1）摩擦阻力要小广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨。2）传动刚度要高3）转动惯量要小4）谐振频率要高5）传动间隙要小,机床爬行现象一般发生在低速度、重载荷的运动情况下当主动件1作匀速运动时，被动件3往往会出现明显的速度不均匀，产生跳跃式的时停时走的运动状态，或时快时慢现象,1.5.1数控机床进给传动系统的基本形式数控机床的进给运动可以分为直线运动和圆周运动两大类。实现直线进给运动的主要有：（1）通过丝杠（通常为滚珠丝杠或静压丝杠）螺母副，将伺服电动机的旋转运动变成直线运动。（2）通过齿轮、齿条副，将伺服电动机的旋转运动变成直线运动。（3）直接采用直线电动机进行驱动。实现圆周运动的一般采用蜗轮蜗杆副。,滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，它是利用螺旋面的升角使旋转运动变为直线运动，是数控机床的丝杠螺母副最常见的一种形式。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠，作为中间传动元件，以减少摩擦。工作原理如图5-15所示。在丝杠和螺母1上都加工有半圆弧形的螺旋槽，把它们套装在一起边形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道b，将螺旋滚道的两端连接在一起构成封闭的循环滚道，在滚道内装满滚珠。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自传又沿滚道循环转动，从而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。,滚珠丝杠副的原理图,1滚珠丝杠螺母副的结构滚珠丝杠副滚珠的循环方式分为外循环和内循环两种。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环；滚珠在循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。循环中的滚珠叫做工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道圈数叫工作圈数。外循环常见的有插管式和螺旋槽式。图5-16(a)为插管式，它用弯管作为返回管道，这种形式结构工艺性好，但管道突出螺母体外，径向尺寸较大。图6-16(b)为螺旋槽式，它是在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回通道。这种形式的结构比插管式的结构径向尺寸小，但制造较为复杂。,外循环滚珠丝杠(a)插管式(b)螺旋槽式,内循环结构如图5-17所示。在螺母的侧孔中装有圆柱凸键反向器，反向器上铣有S形回珠槽，将相邻螺纹滚道联结起来，滚珠从螺纹滚道进入反向器，借助反向器迫使滚珠越过丝杠牙顶进入相邻滚道，实现循环。一般一个螺母上装有24个反向器，反向器沿螺母圆周均布。这种结构径向尺寸紧凑，刚性好，且不易磨损，因返程滚道短，不易发生滚珠堵塞，摩擦损失小。但反向器结构复杂，制造困难，且不能用于多头螺纹传动。,图5-17内循环滚珠丝杠,2滚珠丝杠副轴向间隙的调整滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。除了结构本身所有的游隙之外，还包括施加轴向载荷后产生弹性变形所造成的轴向窜动量。为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。,常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：（1）垫片调隙式如图5-18所示，在螺母处放入一垫片，调整垫片厚度使左右两个螺母产生方向相反的位移，则两个螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上，即可消除间隙和产生预紧力。这种方法结构简单，刚性好，但调整不便，滚道有磨损时不能随时消除间隙和进行预紧，调整精度不高，仅适用于一般精度的数控机床。,图5-18垫片调隙式,（2）螺纹调隙式如图5-19所示，左螺母外端有凸缘，右螺母右端加工有螺纹，用两个圆螺母1、2把垫片压在螺母座上，左右螺母通过平键和螺母座连接，使螺母在螺母座内可以轴向滑移而不能相对转动。调整时，拧紧圆螺母1使右螺母向右滑动，就改变了两螺母的间距，即可消除间隙并产生预紧力，然后用螺母2锁紧。这种调整方法结构简单紧凑，工作可靠，调整方便，应用较广，但调整预紧量不能控制。,图5-19螺纹调隙式,（3）齿差调隙式如图5-20所示，在两个螺母的凸缘上加工有圆柱外齿轮，分别与紧固在套筒两端的内齿圈相啮合，左右螺母不能转动。两螺母凸缘齿轮的齿数分别为Z1和Z2，且相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于螺母座同方向都转动一个齿或多个齿，然后在插入内齿圈并紧固在螺母座上，则两个螺母便产生角位移，使两个螺母轴向间距改变，实现消除隙和预紧。设滚珠丝杠的导程为t,两个螺母相对于螺母座同方向转动一个齿后，其轴向位移量为：,图5-20齿差调隙式,例如，Z1=99，Z2=100，滚珠丝杠的导程t=10mm时，则S=10/99000.001mm，若间隙量为0.002mm,则相应的两螺母沿同方向转过两个齿即可消除间隙。齿差调隙式的结构较为复杂，尺寸较大，但是调整方便，可获得精确的调整量，预紧可靠不会松动，适用于高精度传动。,3滚珠丝杠的支承方式数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠副本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及支承结构的刚度也是非常重要的因素。如为了减少受力后的变形，螺母座应有加强肋，增大螺母座与机床的接触面积，并要联结可靠。由于滚珠丝杠所承受的主要是轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重，常采用高刚度的推力轴承以提高滚珠丝杠的轴向承载能力。常用的滚珠丝杠的支承方式如图5-21所示.,（1）一端装推力轴承如图5-21(a)所示这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，只适用于行程小的短丝杠。（2）一端装推力轴承，另一端装向心球轴承如图5-21(b)所示。这种安装方式用于丝杠较长的情况，当热变形造成丝杠伸长时，其一端固定，另一端能作微量的轴向浮动。为减少丝杠热变形的影响，止推轴承的安装位置应远离电机热源和丝杠工作时的常用段。,（3）两端装推力轴承:如图5-21(c)所示,将推力轴承安装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧力，有助于提高丝杠的轴向刚度，但此种安装方式对热变形较为敏感。（4）两端装推力轴承及向心球轴承:如图5-21(d)所示。为了提高刚度，丝杠两端均采用双重支承并施加预紧。这种方式可使丝杠的热变形转化为推力轴承的预紧，但设计时要注意提高推力轴承的承载力和支架刚度。,滚珠丝杠在机床上的支承方式,1.6数控机床的导轨,要求：1）高的导向精度。2）良好的耐磨性。3）足够的刚度。4）具有低速运动的平稳性。,37,直线滚动导轨的外形和结构,直线滚动导轨,38,直线滚动导轨的外形和结构,直线滚动导轨,40,（2）滚动导轨块,滚动导轨块多用于中等负荷导轨。使用时导轨块装在运动部件上，每一导轨应至少用两块或更多块，导轨块的数目取决于导轨的长度和负载的大小。与之相对的导轨多用镶钢淬火导轨。,1.7数控机床的刀库,(1)盘式刀库A、径向取刀B、轴向取刀C、刀具径向安装D、刀具轴线与刀盘轴线成一定角度(2)链式刀库A、单链环布局B、多链环布局B、折叠链环布局(3)格子盒式刀库,42,2.刀具的选择方式(1)顺序选刀(2)任意选刀A、刀具编码方式B、编码附件方式C、刀座编码方式D、计算机记忆方式,刀具交换装置,(1)无机械手换刀,4.5.2加工中心自动换刀装置,刀具交换装置,(2)机械手换刀,回转工作台,1、作用：实现绕X、Y、Z轴的圆周进给运动2、种类：数控回转工作台、数控分度工作台,数控回转工作台,第二单元：数控机床的电气控制,1.机床常用电气及选择2.机床电气原理图3.机床电气控制基本环节,机床常用电器及选择,2.1.1开关电器2.1.2熔断器2.1.3主令电器2.1.4接触器2.1.5继电器,返回,1刀开关,带熔断器式刀开关,开关板用刀开关,下一页,2自动开关,下一页,插入式熔断器,下一页,上一页,1-接钮帽2-复位弹簧3-动触点4-常闭静触点5-常开静触点,下一页,下一页,1.2.4接触器,作用：用于频繁地接通或分断带有负载的主电路，主要控制对象是电动机。能实现远距离控制，具有欠（零）电压保护功能。分类：直流接触器和交流接触器。机床上应用最多的是交流接触器。,返回,下一页,（2）中间继电器,中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触头的额定电流较大。,下一页,下一页,上一页,2.2机床电动机的电气控制,电气控制的基本环节包括电动机的起动、制动、正反转及调速等控制。1全电压直接起动控制2减压起动控制,1全电压直接起动控制,（1）单向全电压连续起动控制（2）点动控制（3）多点控制,返回,（1）单向全电压连续起动控制,直接起动接触器起动主电路接触器起动控制电路,自锁点,返回,下一页,（2）点动控制,点动能实现电动机短时转动，常用于机床的刀架、横梁、立柱等快速移动和对刀调整等场合。,返回,下一页,（3）多点控制线路,多点控制保护控制,返回,2减压起动控制,（1）定子绕组串电阻减压起动控制（2）星形-三角形减压起动控制（3）自耦变压器减压起动控制,返回,（1）定子绕组串电阻减压起动控制,电阻,启动接触器,运行接触器,返回,下一页,（2）星形-三角形减压起动控制,角型接法接触器,星型接法接触器,互锁点,返回,下一页,（3）自耦变压器减压起动控制,自耦变压器,下一页,返回,2.4.2三相异步电动机的正反转控制,1电动机的“正-停-反”控制2电动机的“正-反-停”控制3电动机的正反转自动循环控制,返回,1电动机的“正-停-反”控制,返回,下一页,2电动机的“正-反-停”控制,互锁复合式按钮,互锁复合式按钮,下一页,返回,3电动机的正反转自动循环控制,行程开关,返回,2.5.3三相异步电动机的制动控制,作用：强迫电动机立即停转。制动方法分为：机械制动、电气制动。电气制动的实质：在电动机停车时产生一个与转子原来转动方向相反的制动转矩，迫使电动机迅速停车。1能耗制动控制线路2反接制动控制线路,返回,速度原则的能耗制动控制线路,速度继电器,变压器,整流桥,上一页,下一页,时间原则的能耗制动控制线路,返回,上一页,反接制动控制线路,上一页,上一页,第三单元：数控机床的气、液传动系统,现代数控机床在实现整机的全自动化控制中，除数控系统外，还需要配备液压和气压传动装置来辅助实现整机的自动运行功能。所用的液压和气压传动装置应结构紧凑、工作可靠、易于控制和调节。虽然它们的工作原理类似，但使用范围不同。液压传动装置由于使用工作压力高的油性介质，因此机构输出力大，机械结构紧凑，动作平稳可靠，易于调节，噪声较小，但要配置液压泵和油箱，因为当油液泄漏时会污染环境。,气压传动装置的气源容易获得，机床可以不必再单独配置动力源，装置结构简单，工作介质不污染环境，工作速度控制和动作频率高，适合于完成频繁启动的辅助工作。气压传动装置过载时比较安全，不易发生过载时损坏部件的事故。液压和气压传动系统在数控机床中具有如下辅助功能：（1）自动换刀所需的动作。如机械手的伸、缩、回转和摆动及刀具的松开和夹紧动作。（2）机床运动部件的平衡。如机床主轴箱的重力平衡和刀库机械手的平衡等。（3）机床运动部件的运动、制动和离合器的控制、齿轮拨叉挂挡等。,（4）机床运动部件的支撑。如动、静压轴承和液压导轨等。（5）机床的润滑和冷却。(6)机床防护罩、板、门的自动开关。（7）工作台的夹紧、松开及其自动交换动作。（8）夹具的自动放松、夹紧。（9）工件、工具定位面和交换工作台的自动吹屑、清理和定位基准面等。,1数控车床的液压系统所示为TND360型数控车床液压系统原理。该机床液压系统由液压站和五条液压支路组成。五条液压支路分别是卡盘夹紧支路、尾架套筒移动支路、主轴变速支路和两条预留支路。,简化后的平面磨床工作台液压系统,H400型卧式加工中心气压传动系统原理图,H400型卧式加工中心主轴气压传动结构图,3.2数控机床液压与气压系统的维护,维护要点1.液压系统的维护要点（1）控制油液污染，保持油液清洁，是确保液压系统正常工作的重要措施。据统计，液压系统的故障有80是由油液污染引发的，油液污染还会加速液压元件的磨损。,（2）控制液压系统中油液的温升是减少能源消耗、提高系统效率的一个重要环节。一台机床的液压系统，若油温变化范围大，其后果是：影响液压泵的吸油能力及容积效率；系统工作不正常，压力、速度不稳定，动作不可靠；液压元件内外泄漏增加；加速油液的氧化变质。,（3）控制液压系统泄漏。因为泄漏和吸空是液压系统的常见故障，因此控制液压系统泄漏极为重要。要控制泄漏，首先是提高液压元件零部件的加工精度和元件的装配质量以及管道系统的安装质量；其次是提高密封件的质量，注意密封件的安装使用与定期更换；最后是加强日常维护。（4）防止液压系统的振动与噪声。振动会影响液压件的性能，使螺钉松动、管接头松脱，从而引起漏油，因此要防止和排除振动现象。,（5）严格执行日常点检制度。液压系统的故障存在隐蔽性、可变性和难于判断性，因此应对液压系统的工作状态进行点检，把可能产生的故障现象记录在日检维修卡上，并将故障排除在萌芽状态，从而减少故障的发生。（6）严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度。液压设备在工作过程中，由于冲击振动、磨损和污染等因素，会使管件松动，金属件和密封件磨损，因此必须对液压件及油箱等实行定期清洗和维修制度，对油液、密封件执行定期更换制度。,3.4液压与气压系统的点检1液压系统的点检(1)各液压阀、液压缸及管子接头处是否有外漏。(2)液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象。(3)液压缸移动时工作是否正常平稳。(4)液压系统的各测压点压力是否在规定的范围内，压力是否稳定。(5)油液的温度是否在允许的范围内。(6)液压系统工作时有无高频振动。,(7)电气控制或撞块(凸轮)控制的换向阀的工作是否灵敏可靠。(8)油箱内的油量是否在油标刻线范围内。(9)行程开关或限位挡块的位置是否有变动。(10)液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象。(11)定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。(12)定期检查蓄能器的工作性能。(13)定期检查冷却器和加热器的工作性能。,(14)定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉。(15)定期检查或更换密封件。(16)定期检查清洗或更换液压件。(17)定期检查清洗或更换滤芯。(18)定期检查清洗油箱和管道。,2气压系统的点检与定检(1)管路系统的点检。管路系统点检的主要内容是对冷凝水和润滑油的管理。冷凝水的排放，一般应当在气压传动装置运行之前进行。但是当夜间温度低于0时，为防止冷凝水冻结，气压传动装置运行结束后，就应开启放水阀门将冷凝水排出。补充润滑油时，要检查油雾器中油的质量和滴油量是否符合要求。此外，点检还应包括检查供气压力是否正常，有无漏气现象等。,(2)气压传动元件的定检。气压传动元件定检的主要内容是彻底处理系统的漏气现象。例如更换密封元件，处理管接头或连接螺钉松动等，定期检验测量仪表、安全阀和压力继电器等。,第四单元：数控机床的伺服系统,数控机床对进给伺服系统的要求伺服系统的分类及主要特点常用伺服驱动装置的特点几种典型位置检测装置工作原理闭环和半闭环进给伺服系统,数控机床的伺服驱动,数控机床的伺服驱动,三、数控机床对数控进给伺服系统的要求,（1）输出位置精度要高,静态：要求定位精度高/重复定位精度高，,动态：要求跟随精度高，即跟随误差要小,另外，要求灵敏度高，有足够高的分辩率。,保证尺寸精度,以保证轮廓精度,(动态性能指标),即定位误差要小/重复定位误差要小。,三、数控机床对数控进给伺服系统的要求,（2）响应速度快且无超调：对伺服系统动态性能的要求,反映了系统对插补指令的跟踪精度；为了保证轮廓切削形状精度和低表面粗糙度，要求响应速度快。,通常要求从0Fmax（Fmax0),其时间应小200ms，且不能有超调或超调很小，否则对机械部件不利，有害于加工质量。,即在无超调或超调很小的前提下，执行部件的运动速度的建立时间tp应尽可能短。,三、数控机床对数控进给伺服系统的要求,(3)良好的稳定性,在系统负载范围内，负载特性要硬,当负载变化时，输出速度应基本不变。即F尽可能小；,当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振荡。即t尽可能短；,这要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。,伺服系统在给定输入和外界干扰下，能在短暂的调节过程后，恢复到原有的平衡状态或达到新的平衡状态，即有较强的抗干扰能力。稳定性是保证数控机床正常工作的条件，直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。,三、数控机床对数控进给伺服系统的要求,（4）调速范围要宽,调速范围：,一般要求：,(5)低速大扭矩：数控加工的特点是在低速时切削深度和进给量较大。,(6)系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。,综上所述：对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。,三、数控机床对数控进给伺服系统的要求,四、数控机床伺服系统的分类,按用途和功能分为：,进给驱动系统：,主轴驱动系统；,按控制原理和有无检测反馈环节分：,开环伺服系统,闭环伺服系统,半闭环伺服系统,按驱动执行元件的动作原理分：,电液伺服系统,电气伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,控制机床工作台或刀架的进给运动,控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。,二、步进电机及其工作原理,检测元件（传感器）信号处理装置(测量线路),实时测量机床执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，从而将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制，提高路径控制精度。,在设计数控机床伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择检测装置。,检测装置组成：,检测装置作用：,一、概述,光栅,光栅,编码器安装方式1、和伺服电机同轴联接，编码器在进给传动链前端；安装方便。2、连在滚珠丝杠末端，包含的传动链误差比前者多，位置控制精