第6章：數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)ppt課件.ppt

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1、第六章數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)目錄第一節(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(qū)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。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(dāng)量越小，機床的精度越高。2、快速響應(yīng)特性好快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的標志之一。達到最大穩(wěn)態(tài)速度的時間要求在200ms以內(nèi)。3、調(diào)速范圍大調(diào)速范圍：電機的最高轉(zhuǎn)速Nmax和最低轉(zhuǎn)速N

2、min之比。要求應(yīng)大于：1:100004、負載特性要硬當(dāng)負載變化時，輸出速度應(yīng)基本不變。5、系統(tǒng)可靠性要好二、數(shù)控機床伺服驅(qū)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(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。進給指令比較控制環(huán)節(jié)驅(qū)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(qū)動系統(tǒng)的分類1、按其用途和功能分為進給驅(qū)動系統(tǒng)主軸驅(qū)動系統(tǒng)進給驅(qū)動系統(tǒng)：主要用于數(shù)控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(zhuǎn)矩。主軸驅(qū)動系統(tǒng)：主要用于控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動，為機床主軸提供驅(qū)動率和所

3、需的切削力。2、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)半閉環(huán)系統(tǒng)（1）開環(huán)控制系統(tǒng)驅(qū)動電源步進電機工作臺CNC指令脈沖開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖特點：1）結(jié)構(gòu)較簡單，調(diào)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。（2）半閉環(huán)與閉環(huán)進給系統(tǒng)+指令速度檢測-速度控制單元位置調(diào)節(jié)器伺服電機工作臺半閉環(huán)控制位置測量特點：1）精度比開環(huán)系統(tǒng)要高2）系統(tǒng)調(diào)試比較容易，穩(wěn)定性較好3）廣泛應(yīng)用于中小型數(shù)控機床上（3）閉環(huán)進給系統(tǒng)特點：1）加工精度高2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差3）調(diào)試和維護有較大的技術(shù)難度4）成本高5）一

4、般只在大型精密數(shù)控機床上采用3、按驅(qū)動執(zhí)行元件的動作原理分為電液伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。直流伺服驅(qū)動：直流大慣量伺服電機有良好的寬調(diào)速性能。輸出轉(zhuǎn)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(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)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。交流伺服驅(qū)動：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。四、數(shù)控系統(tǒng)常用伺服電機1、步進電機開環(huán)進給驅(qū)動裝置，在經(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

5、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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩下長期工作；可在低速下(1r/mm甚至0.1r/mm)平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。70年代—80年代中期廣泛應(yīng)用，目前還在使用；5、無刷直流電機實質(zhì)是交流調(diào)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(diào)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(chǔ)的交流進給驅(qū)動得到迅速的發(fā)展，是進給驅(qū)動的一個發(fā)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(zhuǎn)換

6、成機械角位移的電磁式電機；1、步進電機的種類和結(jié)構(gòu)（1）分類1）徑向分相式：電機各相按圓周依次排列2）軸向分相式：電機各相按軸向依次排列按各組繞組分布1）單定子式2）雙定子式3）三定子式4）多定子式按定子數(shù)1）伺服式：力矩小，只能驅(qū)動較小的負載2）功率式：輸出力矩大，可直接驅(qū)動工作態(tài)等較大的負載。按輸出力矩大小1）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實現(xiàn)步進運行。2）激磁式：定、轉(zhuǎn)子均有激磁繞組，由電磁力矩實現(xiàn)步進運行按力矩產(chǎn)生的原理具體類型分類方式（2）步進電機的結(jié)構(gòu)徑向分相的反應(yīng)式步進電機結(jié)構(gòu)原理圖軸向分相的反

7、應(yīng)式步進電機結(jié)構(gòu)原理圖2、反應(yīng)式步進電機工作原理三相反應(yīng)式步進電機1）電機的轉(zhuǎn)速取決于繞組通電的頻率；2）電機的轉(zhuǎn)向取決于繞組通電的順序；3）電機的轉(zhuǎn)角取決于繞組通電的次數(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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度——步距角αo上述通電方式稱為：三相單三拍。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)；三相單三拍：300300300除此之外的通電方式還有：三相雙三拍：AB—BC—CA—AB300三相單雙六拍：A—A

8、B—B—BC—C—CA—A150三種通電方式的特點：單m拍：每次一相通電,切換瞬間失去自鎖力矩易失步,在平衡位置易振蕩雙m拍：每次同時有二相通電,切換瞬間仍有一相保持通電,運行穩(wěn)定2m拍：步距角小一半，切換瞬間仍有一相保持通電，運行穩(wěn)定設(shè)步進電機的定子繞組有m相