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1、第四章進給伺服系統(tǒng)概述伺服電機及其調速位置檢測裝置典型進給伺服系統(tǒng)4.1概述4.1.1基本定義4.1.2伺服系統(tǒng)的基本要求4.1.3分類4.1.1基本定義伺服系統(tǒng)根據數(shù)控裝置給出的指令控制工作臺的速度、位移或主軸轉速的控制系統(tǒng)。分類：進給伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)組成伺服驅動電路伺服驅動裝置（電機）位置檢測裝置機械傳動機構執(zhí)行部件性能取決于各組成環(huán)節(jié)的特性各環(huán)節(jié)性能參數(shù)的合理匹配4.1.2伺服系統(tǒng)的技術要求位移精度控制分辨率、位置精度、重復精度0.01~0.001mm0.1μm調速范圍寬需要足夠的調速范
2、圍來達到最優(yōu)的金屬切除率反向死區(qū)小能頻繁啟、停和正反轉快速性和穩(wěn)定性快速性和穩(wěn)定性動態(tài)響應快（快速性）：到達穩(wěn)態(tài)值的時間越短越好200~100ms，<幾十ms反映系統(tǒng)跟蹤精度的高低，直接影響輪廓加工精度高度和表面加工質量穩(wěn)定性：信號經過振蕩后達到的穩(wěn)態(tài)值與理論穩(wěn)態(tài)的差值e越小越好負載特性要硬，當負載發(fā)生變化或受外界干擾時，輸出基本不變，保持平穩(wěn)均勻4.1.3分類根據有無反饋環(huán)分開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)根據驅動裝置分步進電機驅動系統(tǒng)直流電機驅動系統(tǒng)交流電機驅動系統(tǒng)開環(huán)與閉環(huán)開環(huán)負載變化時，速度也隨著變化，需人為修正結
3、構簡單，易于控制，精度差，低速不平穩(wěn)，高速扭矩小用于輕負載且負載變化不大的場合閉環(huán)不間斷的比較系統(tǒng)輸入與驅動輸出全閉環(huán)半閉環(huán)開環(huán)進給伺服系統(tǒng)伺服驅動裝置：步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達位移精度取決：步進電機的角位移精度齒輪絲杠等傳動元件的導程或節(jié)矩精度系統(tǒng)的摩擦阻尼特性性能定位精度：±0.02mm，±0.01mm速度：脈沖當量為0.01mm時，不超過5m/min特點：結構簡單，用于精度要求不高的機床閉環(huán)和半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)驅動裝置：直流或交流伺服電機、電液伺服閥—液壓馬達。位移精度取決于：檢測裝置的分辨
4、率和精度性能指標：定位精度：±0.005~0.01mm，±0.1μm移動速度：與導程為10mm的絲杠直連，1~30m/min特點：控制執(zhí)行部件以給定的速度向消除偏差的方向運動。結構較復雜，成本較高；機械傳動機構包含在系統(tǒng)之內成為不穩(wěn)定因素，設計和調試較困難4.2步進電機及其調速步進電機的結構與工作原理步進電機的特征參數(shù)步進電機開環(huán)進給的傳動計算及電機選用步進電機的驅動步進電機的結構與工作原理步進電機控制原理：電脈沖信號→角位移脈沖數(shù)→位移脈沖頻率→轉速缺點：容易失步（大負載和高速情況下）步進電機的結構與工作原
5、理單三拍：A→B→C→A雙三拍：AB→BC→CA→AB三相六拍：A→AB→B→BC→C→CA→A步進電機的驅動電路環(huán)形分配器（環(huán)分器）控制脈沖通過環(huán)分器控制步進電機勵磁繞組按一定順序通、斷電硬件、軟件功率放大器功率放大，脈沖電流1~10A，每一相繞組都有一套單電壓功率放大器雙電壓功率放大器功率放大器單電壓供電功放器用于小功率步進電機驅動步進電機的特征參數(shù)步距角及誤差靜態(tài)矩角特性最大啟動轉矩最高啟動頻率連續(xù)運行的最高工作頻率轉矩—頻率特性步距角及誤差步距角K：比例系數(shù)，相鄰兩次通電的相數(shù)相同K=1，否則K=2。
6、m：定子相數(shù)z：轉子齒數(shù)步距誤差：一周內各步誤差的最大值，由制造精度、齒槽分布、氣隙因素決定。誤差不累積，下一周誤差分布情況與這一周相同。靜態(tài)矩角特性最大啟動轉矩步進電機啟動時能承受的最大負載轉矩Mq。若大于Mq，電機不能啟動。在最大靜轉矩相同的條件下，相數(shù)增大時，步進電動機帶負載能力也相應增大。最高啟動頻率空載時，步進電機由靜止突然啟動，并不失步地進入穩(wěn)速運行，所允許的啟動頻率fg的最高值。啟停頻率>fg時，步進電機不能正常運行。fg與步進電機的慣性負載J有關，J↑fg↓CNC機床加速度受限于fg連續(xù)運行的
7、最高工作頻率步進電機連續(xù)運行時所能接受的最高控制頻率遠大于啟動頻率與步距角一起決定執(zhí)行部件的最大運動速度。決定于負載慣量J、定子相數(shù)、通電方式、控制電路的功率放大級轉矩——頻率特性負載轉矩越大，工作頻率越低，符合加工實際需求在步進電機運行時，對應于某一頻率，只有當負載轉矩小于它在該頻率時的最大動態(tài)轉矩，電機才能正常運轉應根據負載要求參照高頻輸出轉矩來選用步進電機的規(guī)格步進電機開環(huán)進給的傳動計算及電機選用傳動計算α：步距角i：齒輪傳動鏈的傳動比δ：脈沖當量t：滾珠絲杠導程電機選用原則滿足精度要求輸出轉矩>負載轉
8、矩（工作矩頻特性、起動矩頻特性曲線，由頻率f查找M）步距角與機械系統(tǒng)匹配，以得到機床所需的脈沖當量最高運行頻率必須滿足機床快速性要求。4.3直流伺服電機及其調速系統(tǒng)直流伺服電機調速直流電機調速方法改變電樞電壓U改變Ke即改變磁通量Φ（改變激磁回路電阻Rj以改變激磁電流Ij）在電樞回路中串聯(lián)調節(jié)電阻Rt，此時，轉速公式變?yōu)榇髴T量直流伺服電機又稱：寬調速直流伺服電機、直流力矩電機激磁方式：永磁式特點：輸
