數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)概述(.ppt

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1、第六章數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)開環(huán)步進電機第三節(jié)數(shù)控機床的檢測裝置第四節(jié)閉環(huán)伺服系統(tǒng)第五節(jié)閉環(huán)伺服系統(tǒng)分析第一節(jié)概述伺服驅動系統(tǒng)是指以位置和速度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的性能，在很大程度上決定了現(xiàn)代數(shù)控機床的性能。如：數(shù)控機床的最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標均取決于伺服系統(tǒng)的動態(tài)與靜態(tài)性能。數(shù)控進給伺服系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)，分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種。一、數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求1、精度高脈沖當量越小，機床的精度越高。0.01-0.001mm;2、快速響應特性好快速響應是伺服系統(tǒng)動態(tài)

2、品質的標志之一。達到最大穩(wěn)態(tài)速度的時間要求在200ms以內。3、調速范圍大調速范圍：電機的最高轉速Nmax和最低轉速Nmin之比。要求應大于：1:100004、負載特性要硬當負載變化時，輸出速度應基本不變。5、系統(tǒng)可靠性要好二、數(shù)控機床伺服驅動系統(tǒng)的基本組成數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)是由：伺服電路、伺服驅動裝置、機械傳動機構及執(zhí)行部件組成。進給指令比較控制環(huán)節(jié)驅動控制單元執(zhí)行元件機床反饋檢測單元三、數(shù)控機床伺服驅動系統(tǒng)的分類按其用途和功能分為：進給驅動系統(tǒng)和主軸驅動系統(tǒng)按其控制原理和有無反饋環(huán)節(jié)分：開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)和半閉環(huán)系

3、統(tǒng)按驅動執(zhí)行元件的動作原理分為：電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)。其中電氣伺服系統(tǒng)又可分為直流伺服驅動系統(tǒng)和交流伺服驅動系統(tǒng)。1、開環(huán)控制和閉環(huán)控制進給系統(tǒng)特點（1）開環(huán)控制系統(tǒng)①結構較簡單，調試、維修、使用方便、成本低②無位置反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定；③速度及精度較低。驅動器步進電機工作臺CNC指令脈沖開環(huán)控制系統(tǒng)結構圖（2）半閉環(huán)與閉環(huán)進給系統(tǒng)特點：①結構比較復雜，安裝調試比較麻煩；②加工精度高，速度快。+指令位置檢測測量與反饋-速度控制單元位置調節(jié)器伺服電機工作臺半閉環(huán)控制（3）閉環(huán)進給系統(tǒng)2、進給驅動與主軸驅動進給驅動用于數(shù)控

4、機床工作臺或刀架坐標的控制系統(tǒng)，控制機床各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程的轉矩。主軸驅動控制機床主軸的旋轉運動，為機床主軸提供驅動率和所需的切削力。3、直流伺服驅動與交流伺服驅動直流大慣量伺服電機有良好的寬調速性能。輸出轉矩大，過載能力強，由于電機慣性與機床傳動部件的慣量相當，構成閉環(huán)后易于調整。直流中小慣量伺服電機適于數(shù)控機床對于頻繁啟動、制動，快速定位、切削的要求。交流電機的一個最大優(yōu)點是交流容易維修，制造簡單，易于向大容量、高速度方向發(fā)展。缺點:電刷和換向四、數(shù)控系統(tǒng)常用伺服電機1、步進電機開環(huán)進給驅動裝置，在

5、經(jīng)濟型數(shù)控機床上用；2、改進型直流電機在靜態(tài)和動態(tài)特性較普通直流電機所改變，早期使用；3、小慣量直流電機減小電樞的轉動慣量，獲得好的快速性，早期使用；4、永磁直流伺服電機能在較大過載轉矩下長期工作；可在低速下(1r/mm甚至0.1r/mm)平穩(wěn)運轉。70年代—80年代中期廣泛應用，目前還在使用；5、無刷直流電機：實質是交流調速電機的一種。性能達到直流電機的水平，又取消換向器及電刷部件，電機壽命提高一個數(shù)量級；6、交流調速電機：自80年代中期開始，以異步電機和永磁同步電機為基礎的交流進給驅動得到迅速的發(fā)展，是進給驅動的一個發(fā)

6、展方向。第二節(jié)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)一、步進電機步進電機是將電脈沖信號轉換成角位移；角位移量與電脈沖數(shù)成正比；轉速與電脈沖頻率成正比。1、步進電機的種類和結構（1）分類分類方式具體類型按力矩產生的原理1）反應式：轉子無繞組，由被激磁的定子繞組產生反應力矩實現(xiàn)步進運行。2）激磁式：定、轉子均有激磁繞組，由電磁力矩實現(xiàn)步進運行按輸出力矩大小1）伺服式：力矩小，只能驅動較小的負載2）功率式：輸出力矩大，可直接驅動工作態(tài)等較大的負載。按定子數(shù)1）單定子式2）雙定子式3）三定子式4）多定子式按各組繞組分布1）徑向分相式：電機各相按圓周依

7、次排列2）軸向分向式：電機各相按軸向依次排列SB-58-1型五定子軸向分相反應式步進電機。2、反應式步進電機工作原理1）電機的轉速取決于繞組與電源接通或斷開的變化頻率；2）電機的轉動方向取決于繞組通電的順序；3）電機轉過的角度取決于通電的次數(shù)。4）電動機定子繞組每改變一次通電方式——稱為一拍5）每輸入一個脈沖信號，轉子轉過的角度——步距角αo上述通電方式稱為：三相單三拍。（三相三拍）單——每次通電時，只有一相繞組通電；雙——每次通電時，有兩相繞組通電；三拍——經(jīng)過三次切換繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)；除此之外的通電方式還有：三

8、相雙三拍：AB—BC—CA—AB三相單雙六拍：A—AB—B—BC—C—CA—A設步進電機的定子繞組有m相；轉子齒數(shù)為Z齒；通電方式系數(shù)為k則每輸入一個脈沖電信號，轉子的步距角αo有：通電拍數(shù)相同時k=1；不同時k=2。步進電機的步距角越小，位置精度越高。由上式知道：磁極數(shù)越多，轉子齒數(shù)越多，步距角就越