數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng).ppt

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1、第六章數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)6.1概述6.1.1伺服系統(tǒng)的組成組成：伺服電路、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件。作用：接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進給速度和位移指令信號→由伺服驅(qū)動電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后→經(jīng)伺服驅(qū)動裝置(直流、交流伺服電機、電液脈沖馬達、功率步進電機、電液伺服閥—液壓馬達等)→機械傳動機構(gòu)→驅(qū)動機床的工作臺、主軸頭架等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給和快速運動。數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的性能，取決于組成它的伺服驅(qū)動系統(tǒng)與機械傳動機構(gòu)中各環(huán)節(jié)的特性，也取決于系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)性能參數(shù)的合理匹配。數(shù)控進給伺服系統(tǒng)是一個位置控制系統(tǒng)。6.1.2數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求準確、可靠地執(zhí)行指令調(diào)速范圍寬

2、-----10000：1以上，且穩(wěn)定性好帶負載能力強------負載特性硬；足夠大的加（減）速力矩動態(tài)響應(yīng)快-----快速跟隨指令脈沖，可頻繁起、停、反向；盡快消除負載擾動誤差無累積位置精度高返回下一頁上一頁6.2步進電動機伺服系統(tǒng)CNC步進電機伺服驅(qū)動電路工作臺結(jié)構(gòu)簡單特點：適用于速度不高及精度較低場合可采用細分驅(qū)動技術(shù)提高定位精度及低速特性6.2.1步進電機的結(jié)構(gòu)及工作原理1.定義步進電機亦稱脈沖電機（控制電機），是把電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（或線位移）的電—機械裝置，是一種輸出與輸入的數(shù)字脈沖對應(yīng)的增量驅(qū)動元件。2.分類永磁式按工作原理分反應(yīng)式工作原理不同，結(jié)構(gòu)不同永

3、磁感應(yīng)式混合式?按勵磁相數(shù)分：3相、4相、5相、6相等快速步進電機?按功率分：功率步進電機3.反應(yīng)式步進電機的結(jié)構(gòu)步進電機由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成定子上有繞組分為若干相，每相磁極上有極齒。左圖為三相定子：AA’,BB’,CC’A、B、C三相每相兩極，每極上五個齒1)定子五個極齒定子上線圈的繞法下一頁上一頁返回2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上有均勻分布的齒，沒有繞組。轉(zhuǎn)子齒間夾角為9o左圖為一轉(zhuǎn)子示意圖：下一頁上一頁返回下一頁上一頁步進電機返回步進電機功率驅(qū)動器下一頁上一頁返回下一頁上一頁步進電機功率驅(qū)動器返回5.工作原理三拍通電激磁，步距角θs==3o一般θs=m——繞組相數(shù)；Z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)。六拍

4、通電激磁，步距角θs==1.5o下一頁上一頁返回定子繞組通斷電順序→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向定子繞組通斷電轉(zhuǎn)換頻率→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速定子繞組通斷電次數(shù)→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角三相單三拍A→B→C→A（K=1）三相雙三拍AB→BC→CA→AB（K=1）三相六拍A→AB→B→BC→C→CA→A（K=2）通斷電方式下一頁上一頁6.步進電機的主要特征a.步距誤差不積累，轉(zhuǎn)一圈后，步距誤差為0步進電機有兩個特點：b.轉(zhuǎn)速與脈沖頻率f成正比1）靜態(tài)距角特征定義：靜態(tài)時（步進電機某相繞組通電時，轉(zhuǎn)子處于不動狀態(tài)），電磁轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角θ之間的關(guān)系，即T＝f(θ)當某相繞組通電時有，轉(zhuǎn)子無力矩輸出，加一負載力矩TL。轉(zhuǎn)子瞬時針轉(zhuǎn)過一

5、個角度θ，當T＝TL時平衡。θ（失調(diào)角）經(jīng)大量的實驗，步進電機繞組的矩角特性為正弦曲線。靜態(tài)距角特性的物理意義：在靜態(tài)下，轉(zhuǎn)子受TL作用θ≠0，但只要θ≠±π時，當TL撤除后，在電磁力矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然回到其穩(wěn)態(tài)平衡點0。一般，步進電機各相繞組的距角特性必須大致相同，否則會引起低頻振動使精度下降。常采用調(diào)整相電流的方法，使距角特性大致相同。2）啟動頻率定義：步進電機在帶載狀態(tài)下，能夠不失步啟動的最高頻率fst。一般空載啟動頻率比帶載高。一般在fst下的最大轉(zhuǎn)矩稱為啟動轉(zhuǎn)矩Tq，設(shè)計中Tq≥TL。在步進電機產(chǎn)品說明書中給定了Tmax，可以通過上表查出Tq，反過來核算其帶載的能力

6、。從下圖可以看出θs減小兩繞組距角特性之交點Tq增大。0.8660.8660.9510.8090.7070.7070.8660.5Tq/Tmax1261058463拍數(shù)6543相數(shù)反應(yīng)式步進電機啟動轉(zhuǎn)矩3）最高工作頻率步進電機工作頻率連續(xù)上升時，電動機不失步運行的最高頻率稱為最高工作頻率。它的值也和負載有關(guān)。很顯然，在同樣負載下，最高工作頻率遠大于己于啟動頻率.在連續(xù)運行狀態(tài)下，步進電機的電磁力矩隨頻率的升高而急劇下降，這兩者的關(guān)系稱為矩頻特性.4）矩頻特性4)步距角（θ）及步距誤差步距角是兩個相臨脈沖時間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,一般來說步距角越小,控制越精確。步距誤差直接影響執(zhí)行部

7、件的定位精度.步進電動機單相通電時,步距誤差取決于定子和轉(zhuǎn)子的分齒精度,和各相定子錯位角度的精度。多相通電時,其不僅與上述因素有關(guān),還和各相電流大小,磁路性能有關(guān)。返回下一頁上一頁（2）穩(wěn)態(tài)即步進電機的換相頻率為恒定的情況，即換相頻率較寬，是從0～fmax之間，在這個頻率范圍中分為三個區(qū)。a.低頻區(qū)即低于共振區(qū)間，在這個頻率范圍內(nèi)，步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一步的時間周期比換相周期短。轉(zhuǎn)子每一步表現(xiàn)為衰減振動，最后穩(wěn)定于平衡位置，轉(zhuǎn)子從0增大到amax啟動，然后以衰減振動形成停在新的平衡位置；引起步進電