第4章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)ppt課件.ppt

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1、第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述伺服電機(jī)及其調(diào)速位置檢測(cè)裝置典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)4.1概述4.1.1基本定義4.1.2伺服系統(tǒng)的基本要求4.1.3分類(lèi)4.1.1基本定義伺服系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控裝置給出的指令控制工作臺(tái)的速度、位移或主軸轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)。分類(lèi)：進(jìn)給伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)組成伺服驅(qū)動(dòng)電路伺服驅(qū)動(dòng)裝置（電機(jī)）位置檢測(cè)裝置機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行部件性能取決于各組成環(huán)節(jié)的特性各環(huán)節(jié)性能參數(shù)的合理匹配4.1.2伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求位移精度控制分辨率、位置精度、重復(fù)精度0.01~0.001mm0.1μm調(diào)速范圍寬需要足夠的調(diào)速范

2、圍來(lái)達(dá)到最優(yōu)的金屬切除率反向死區(qū)小能頻繁啟、停和正反轉(zhuǎn)快速性和穩(wěn)定性快速性和穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)響應(yīng)快（快速性）：到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間越短越好200~100ms，<幾十ms反映系統(tǒng)跟蹤精度的高低，直接影響輪廓加工精度高度和表面加工質(zhì)量穩(wěn)定性：信號(hào)經(jīng)過(guò)振蕩后達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與理論穩(wěn)態(tài)的差值e越小越好負(fù)載特性要硬，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化或受外界干擾時(shí)，輸出基本不變，保持平穩(wěn)均勻4.1.3分類(lèi)根據(jù)有無(wú)反饋環(huán)分開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)與閉環(huán)開(kāi)環(huán)負(fù)載變化時(shí)，速度也隨著變化，需人為修正結(jié)

3、構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，精度差，低速不平穩(wěn)，高速扭矩小用于輕負(fù)載且負(fù)載變化不大的場(chǎng)合閉環(huán)不間斷的比較系統(tǒng)輸入與驅(qū)動(dòng)輸出全閉環(huán)半閉環(huán)開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置：步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)位移精度取決：步進(jìn)電機(jī)的角位移精度齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的導(dǎo)程或節(jié)矩精度系統(tǒng)的摩擦阻尼特性性能定位精度：±0.02mm，±0.01mm速度：脈沖當(dāng)量為0.01mm時(shí)，不超過(guò)5m/min特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于精度要求不高的機(jī)床閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置：直流或交流伺服電機(jī)、電液伺服閥—液壓馬達(dá)。位移精度取決于：檢測(cè)裝置的分辨

4、率和精度性能指標(biāo)：定位精度：±0.005~0.01mm，±0.1μm移動(dòng)速度：與導(dǎo)程為10mm的絲杠直連，1~30m/min特點(diǎn)：控制執(zhí)行部件以給定的速度向消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高；機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含在系統(tǒng)之內(nèi)成為不穩(wěn)定因素，設(shè)計(jì)和調(diào)試較困難4.2步進(jìn)電機(jī)及其調(diào)速步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理步進(jìn)電機(jī)的特征參數(shù)步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)進(jìn)給的傳動(dòng)計(jì)算及電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理步進(jìn)電機(jī)控制原理：電脈沖信號(hào)→角位移脈沖數(shù)→位移脈沖頻率→轉(zhuǎn)速缺點(diǎn)：容易失步（大負(fù)載和高速情況下）步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原

5、理單三拍：A→B→C→A雙三拍：AB→BC→CA→AB三相六拍：A→AB→B→BC→C→CA→A步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路環(huán)形分配器（環(huán)分器）控制脈沖通過(guò)環(huán)分器控制步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組按一定順序通、斷電硬件、軟件功率放大器功率放大，脈沖電流1~10A，每一相繞組都有一套單電壓功率放大器雙電壓功率放大器功率放大器單電壓供電功放器用于小功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的特征參數(shù)步距角及誤差靜態(tài)矩角特性最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最高啟動(dòng)頻率連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率轉(zhuǎn)矩—頻率特性步距角及誤差步距角K：比例系數(shù)，相鄰兩次通電的相數(shù)相同K=1，否則K=2。

6、m：定子相數(shù)z：轉(zhuǎn)子齒數(shù)步距誤差：一周內(nèi)各步誤差的最大值，由制造精度、齒槽分布、氣隙因素決定。誤差不累積，下一周誤差分布情況與這一周相同。靜態(tài)矩角特性最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)能承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mq。若大于Mq，電機(jī)不能啟動(dòng)。在最大靜轉(zhuǎn)矩相同的條件下，相數(shù)增大時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載能力也相應(yīng)增大。最高啟動(dòng)頻率空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并不失步地進(jìn)入穩(wěn)速運(yùn)行，所允許的啟動(dòng)頻率fg的最高值。啟停頻率>fg時(shí)，步進(jìn)電機(jī)不能正常運(yùn)行。fg與步進(jìn)電機(jī)的慣性負(fù)載J有關(guān)，J↑fg↓CNC機(jī)床加速度受限于fg連續(xù)運(yùn)行的

7、最高工作頻率步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能接受的最高控制頻率遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率與步距角一起決定執(zhí)行部件的最大運(yùn)動(dòng)速度。決定于負(fù)載慣量J、定子相數(shù)、通電方式、控制電路的功率放大級(jí)轉(zhuǎn)矩——頻率特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，工作頻率越低，符合加工實(shí)際需求在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)于某一頻率，只有當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于它在該頻率時(shí)的最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求參照高頻輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)選用步進(jìn)電機(jī)的規(guī)格步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)進(jìn)給的傳動(dòng)計(jì)算及電機(jī)選用傳動(dòng)計(jì)算α：步距角i：齒輪傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比δ：脈沖當(dāng)量t：滾珠絲杠導(dǎo)程電機(jī)選用原則滿足精度要求輸出轉(zhuǎn)矩>負(fù)載轉(zhuǎn)

8、矩（工作矩頻特性、起動(dòng)矩頻特性曲線，由頻率f查找M）步距角與機(jī)械系統(tǒng)匹配，以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量最高運(yùn)行頻率必須滿足機(jī)床快速性要求。4.3直流伺服電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)直流伺服電機(jī)調(diào)速直流電機(jī)調(diào)速方法改變電樞電壓U改變Ke即改變磁通量Φ（改變激磁回路電阻Rj以改變激磁電流Ij）在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rt，此時(shí)，轉(zhuǎn)速公式變?yōu)榇髴T量直流伺服電機(jī)又稱(chēng)：寬調(diào)速直流伺服電機(jī)、直流力矩電機(jī)激磁方式：永磁式特點(diǎn)：輸