(7)机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床
各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。
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这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。'P>
(8)速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号,与指令速度电压值相比较,从而实现速度的精确控制。
这里应注意测速反馈电压的匹配联接,并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
(9)位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器,而现代机床多采
用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量,将测量值反馈到CNC并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置,从而实现对位置的精确控制。
位置环可能出现的故障多为硬件故障,例如位置测量元件受到污染,导线连接故障等。
(10)外部设备一般指PC计算机、打印机等输出设备,多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样,是匹配问题。
2.数控机床运动坐标的电气控制
数控机床一个运动坐标的电气控制由电流(转矩)控制环、速度控制环和位置控制环串联组成
。其控制框图如图2。
(1)电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数,其反馈信号也在伺服系统内联接完成,因此不需接线与调整。
(2)速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分(PI)调节器,其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统(导轨、传动机构)的传动刚度与传动间隙等机械特性,一旦这些特性发生明显变化时,首先需要对机械传动系统进行修复工作,然后重新调整速度环PI调节器。
速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的,这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行,而对于垂向运动坐标轴则位置开环时会自动下落而发生危险,可以采取先摘下电动机空载调整,然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整,这时需要有一定的经验和细心。
速度环的反馈环节见前面“速度测量”一节。
(3)位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作:
一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉
冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/MM,数控系统分辨率即脉冲当量为0.001MM,则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。
二是位置环增益系数KV值的正确设定与调节。通常KV值是作为机床数据设置的,数控系统中对各个坐标轴分别指定了KV值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后KV值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。KV值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于KV值的设置要注意两个问题,首先要满足下列公式:
KV=V/Δ
式中V——坐标运行速度,M/MIN
Δ——跟踪误差,MM
注意,不同的数控系统采用的单位可能不同,设置时要注意数控系统规定的单位。例如,坐标运行速度的单位是M/MIN,则KV值单位为M/(MM·MIN),若V的单位为MM/S,则KV的单位应为MM/(MM·S)。
其次要满足各联动坐标轴的KV值必须相同,以保证合成运动时的精度。通常是以KV值最低的坐标轴为准。
位置反馈(参见上节“位置测量”)有三种情况:一种是没有位置测量元件,为位置开环控制即无位置反馈,步进电机驱动一般即为开环;一种是半闭环控制,即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上,也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外,这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度,加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后,可以得到很高的位置控制精度;第三种是全闭环控制,即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上,理论上这种控制的位置精度情况最好,但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低,如若不然,则会严重影响两坐标的动态精度,而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题,千万不可轻视。
