部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng))

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1、第三部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)基本要求：熟悉數(shù)控機(jī)床的伺服控制原理；掌握伺服執(zhí)行元件伺服電機(jī)的工作原理及特點(diǎn)。重點(diǎn)與難點(diǎn)：伺服電機(jī)的工作原理及特點(diǎn)。機(jī)電工程學(xué)院3.1數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)3.2數(shù)控機(jī)床的位置檢測本部分重要內(nèi)容機(jī)電工程學(xué)院伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位移和速度作為控制對象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，也稱為位置隨動(dòng)系統(tǒng)、簡稱伺服系統(tǒng)。主要功能是：接受來自數(shù)控裝置輸出的插補(bǔ)結(jié)果，如指令脈沖或數(shù)字量，通過功率放大控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件，完成預(yù)期的直線或轉(zhuǎn)角位移。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述3.1數(shù)控機(jī)床對伺服系統(tǒng)概述機(jī)電工程學(xué)院如果說CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那

2、么伺服系統(tǒng)則是數(shù)控機(jī)床的“四肢”，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。它忠實(shí)地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向，速度與位移量。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述機(jī)電工程學(xué)院1．穩(wěn)定性好2．準(zhǔn)確度高3、響應(yīng)快4、調(diào)速范圍寬5、輸出扭矩大6、高可靠性第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述3.1.1數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的基本要求機(jī)電工程學(xué)院組成：伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路電子電力驅(qū)動(dòng)放大模塊位置調(diào)節(jié)單元速度調(diào)節(jié)單元電流調(diào)節(jié)單元（調(diào)節(jié)加速度）檢測裝置一般閉環(huán)伺服系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)為三環(huán)結(jié)構(gòu)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述3.1.2數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的組成機(jī)電工程學(xué)院位置調(diào)解速度調(diào)解電流調(diào)解轉(zhuǎn)換

3、驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)電流反饋速度反饋位置反饋MG位置、速度和電流環(huán)均由：調(diào)節(jié)控制模塊、檢測和反饋部分組成。電力電子驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路和功率放大器組成。CNC指令第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述機(jī)電工程學(xué)院由于各組件加工的精密化，微米的誤差已不是問題，在加工精度方面，近10年來，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級(jí)加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述機(jī)電工程學(xué)院3.1.3常用的伺服驅(qū)動(dòng)元件

4、伺服驅(qū)動(dòng)元件是伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對系統(tǒng)的特性有極大的影響，它的發(fā)展和進(jìn)步是推動(dòng)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的重要因素。驅(qū)動(dòng)元件的發(fā)展大致分為以下幾個(gè)階段：50年代，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。目前只應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床（適于輕載、負(fù)荷變動(dòng)不大）。60～70年代，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和電液伺服電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)已基本不用。70～80年代，采用直流伺服電動(dòng)機(jī)，目前在我國仍有使用（調(diào)速性能良好）。80年代以后，采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，是比較理想的驅(qū)動(dòng)元件。90年代以來直線電動(dòng)機(jī)開始采用（高速、高精度）。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述機(jī)電工程學(xué)院第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述一、步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接

5、收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上無繞組且制有若干個(gè)均勻分布的齒，在定子上有勵(lì)磁繞組。當(dāng)有脈沖輸入時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度，其角位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格地成正比，在時(shí)間上也與輸入脈沖同步。當(dāng)無脈沖時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下，氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置不變而處于定位狀態(tài)。機(jī)電工程學(xué)院第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述（一）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理盡管步進(jìn)電動(dòng)機(jī)種類很多，其基本原理實(shí)質(zhì)都是一致的。現(xiàn)以三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，說明其工作原理：在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子上有三對磁極上面繞有勵(lì)磁繞組，分別稱為A相、B相和C相。轉(zhuǎn)子上帶有等距小齒（圖中有四個(gè)齒），如果先

6、將A相加上電脈沖，則有：ABBCC1234(a)A相通電A機(jī)電工程學(xué)院第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述如果將B相加上電脈沖，則有：轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°AABBCC1234(b)B相通電AABBCC1234(a)A相通電機(jī)電工程學(xué)院第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述如果將C相加上電脈沖，則有：轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°AABBCC1234(b)B相通電AABBCC1234(a)A相通電AABBCC1234(c)C相通電轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°動(dòng)畫模擬機(jī)電工程學(xué)院第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述這種三相勵(lì)磁繞組依次單獨(dú)通電，切換三次為一個(gè)循環(huán)，稱為三相單三拍通電方式。其通電方式及通電順序?yàn)锳→B→C→A…或者A→C→B→A

7、…由于每次只有一相磁極通電，易在平衡位置附近發(fā)生振蕩，而且在各相磁極通電切換的瞬間，電動(dòng)機(jī)失去自鎖力，容易造成失步。機(jī)電工程學(xué)院第一節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述為改善其工作性能，可采用三相六拍的通電方式，其通電方式及通電順序?yàn)?A→AB→B→BC→C→CA→A…或者A→AC→C→CB→B→BA→A…這種通電方式當(dāng)由A相通電轉(zhuǎn)為AB相共同通電時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極將同時(shí)受到A相與B相的吸引，它就停在AB兩相磁極中間，這時(shí)它轉(zhuǎn)過的角度是15