數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)(009).ppt

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1、第五章　數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)§５－１　概　述數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)（也稱拖動系統(tǒng)）。伺服系統(tǒng)決定了數(shù)控機(jī)床的性能。如數(shù)控機(jī)床的最大移動速度，跟隨精度，定位精度等一系列重要指標(biāo)均取決于伺服系統(tǒng)性能優(yōu)劣。一、對伺服系統(tǒng)性能的要求1.對機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求(1)進(jìn)給速度范圍要大。（5~10000mm/min）(2)位移精度要高。（高精度數(shù)控機(jī)床位移精度可達(dá)　全程范圍±5um，一般機(jī)床脈沖當(dāng)量為.01~0.005（.0001）mm/p）(3)跟隨誤差小，即伺服系統(tǒng)的速度響應(yīng)快。(4)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。(5)低速大轉(zhuǎn)矩。

2、(6)可靠性高。2、對主軸伺服系統(tǒng)的要求主軸伺服系統(tǒng)一般為速度控制系統(tǒng)，除上面的一般要求外，還應(yīng)具有下面的控制功能。（1）主軸與進(jìn)給驅(qū)動的同步控制（2）準(zhǔn)?？刂疲?）角度分度控制（固定等分角位置控制，連續(xù)的任意角度控制）二、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的基本組成一般由驅(qū)動控制環(huán)節(jié)、執(zhí)行元件、機(jī)床、或加上反饋檢測單元和比較控制環(huán)節(jié)組成。驅(qū)動控制環(huán)節(jié)的作用：是將進(jìn)給指令轉(zhuǎn)化為驅(qū)動執(zhí)行元件所需要的信號形式。執(zhí)行元件的作用：是將該信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械位移。即：開環(huán)系統(tǒng)執(zhí)行步進(jìn)電機(jī)變頻電機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)元件交、直流伺服電機(jī)三、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類１．按其用途和功能劃分：１）進(jìn)給驅(qū)動：用

3、于機(jī)床工作臺或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)?？刂茩C(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動和所需的轉(zhuǎn)距。要求：轉(zhuǎn)距小；調(diào)節(jié)范圍?。徽{(diào)節(jié)精度的高；動態(tài)相應(yīng)速度。２）主軸驅(qū)動：用于控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，提供驅(qū)動功率和切削力。要求：具用足夠的功率，寬的恒功率調(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)節(jié)范圍。3）輔助驅(qū)動：用于刀庫、料庫等輔助系統(tǒng)控制。２．按其控制原理和有無位置檢測反饋環(huán)節(jié)劃分：１）開環(huán)控制２）閉環(huán)控制　半閉環(huán)全閉環(huán)３．按驅(qū)動執(zhí)行元件的動作原理劃分：１）電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)２）電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)直流伺服驅(qū)動交流伺服驅(qū)動§５－２　步進(jìn)式伺服系統(tǒng)步進(jìn)式伺服驅(qū)動系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。執(zhí)行元件：步進(jìn)電機(jī)。執(zhí)行過

4、程：它受驅(qū)動控制線路的控制，將代表進(jìn)給　　　　脈沖的電平信號直接變換為具有一定方向、大小和速度的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移，并通過齒輪和絲杠帶動工作臺移動。特點(diǎn)：無反饋檢測環(huán)節(jié)，精度低，速度受步進(jìn)電機(jī)　　性能的限制。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和控制簡單，容易調(diào)整。應(yīng)用：速度、精度要求不太高的場合。一、步進(jìn)電機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)及工作原理１．步進(jìn)電機(jī)的種類按產(chǎn)生力距的原理分反應(yīng)式激磁式按輸出力矩大小分伺服式功率式按定、轉(zhuǎn)子數(shù)分：單、雙、三、多定子式。按各相繞組分布形式分徑向分相式軸向分相式２．步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)我國使用的步進(jìn)電機(jī)多為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。下面介紹兩種：１）單定子、徑向分相、反應(yīng)式伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)

5、原理組成　定子：鐵心由電工鋼片疊壓而成圓周分布有六個(gè)齒，每齒又開有　五個(gè)小齒，齒槽等寬，齒間夾角為九度。轉(zhuǎn)子：均勻分布40個(gè)小齒，齒槽等寬，　　　　　　　　齒間夾角也為九度。定子上有繞組，相對的兩齒上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相控制繞組，因此構(gòu)成三相步進(jìn)電機(jī)。三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯(cuò)開1/3齒距，即當(dāng)A相小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊時(shí)，B相的差1/3齒距，C相差2/3齒距２）五定子、軸相分布、反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理定子和轉(zhuǎn)子在軸向分為五段，每一段都形成獨(dú)立的　一相定子鐵心、定子繞組和轉(zhuǎn)子。定子上的齒在圓周方向均勻分布，彼此之間錯(cuò)開1/5齒距，其轉(zhuǎn)子齒彼此

6、不錯(cuò)開。３．步進(jìn)電機(jī)的工作原理其工作原理實(shí)際上是電磁鐵作用的原理，即當(dāng)某相定子激磁后，它吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的齒與該相定子磁極上的齒對齊。下圖是一種最簡單的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其工作原理為：圖a）中，當(dāng)A相繞組通直流電時(shí)→AA相產(chǎn)生磁場→吸引轉(zhuǎn)子使轉(zhuǎn)子的齒與定子AA磁極上的齒對齊→A斷電，→B通電→轉(zhuǎn)子的齒與BB磁極上的齒對齊→B斷電→C通電………可見，若控制線路不停的按A→B→C→A…順序送電脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動起來。順序相反則電機(jī)反轉(zhuǎn)。此方式稱為三相三拍，步進(jìn)角為60°。還有三相六拍，即A→AB→B→BC→C→CA→A…。步距角為30°。圖b）中定子不變，轉(zhuǎn)子四個(gè)

7、磁極。則：當(dāng)三相三拍時(shí)，步距角為30°當(dāng)三相六拍時(shí)，步距角為15°由此可得結(jié)論：（１）步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，　　它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電　　機(jī)的步距角。（２）改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電順序，轉(zhuǎn)子的旋　　轉(zhuǎn)方向隨之改變。（３）通電的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。（４）步進(jìn)電機(jī)步距角α與定子繞組的相數(shù)m，轉(zhuǎn)　　子的齒數(shù)z，通電的方式k有關(guān)。即：α=360°/（mzk）式中：當(dāng)為m相m拍時(shí)，K=1當(dāng)為m相2m拍時(shí)，K=2４．步進(jìn)電機(jī)的主要特性因步進(jìn)電機(jī)的性能直接影響著伺服系統(tǒng)的性能，所以在選擇電機(jī)時(shí)，要重視其特性。步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo)很多，

8、從控制角度來看，我們關(guān)注以下特性：１）