工厂电气设备及技能训练教案第6章ppt课件.ppt

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1、第六章   数控机床的伺服系统控制本章要点伺服系统的组成，基本要求，分类步进电机及其驱动数控机床用交流电机驱动16.1数控机床的伺服系统概述6.1.1伺服系统的组成伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，通常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执行部件组成。其作用是：接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。2数控机床闭环进给系统数控机床闭环进给系统的一般结构如图6-1所示。

2、伺服系统从外部来看，是一个以位置指令输入和位置控制为输出的位置闭环控制系统。但从内部的实际工作来看，它是先把位置控制指令转换成相应的速度信号后，通过调速系统驱动伺服电机，才实现实际位移的。346.1.2对伺服系统的基本要求稳定性好精度高快速性好调速范围宽低速大扭矩5稳定性好稳定性是指系统在给定外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来平衡状态的能力。要求伺服系统具有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。稳定性直接影响数控加工精度和表面粗糙度。6精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。伺服系统的

3、位移精度是指指令脉冲要求机床工作台进给的位移量和该指令脉冲经伺服系统转化为工作台实际位移量之间的符合程度。两者误差愈小，位移精度愈高。7快速性好快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统跟踪速度。机床进给伺服系统实际上就是一种高精度的位置随动系统，为保证轮廓切削形状精度和低的表面粗糙度，要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快，跟随误差小。8调速范围宽调速范围是指电机能提供的最高转速和最低转速之比。在数控机床中，由于所用刀具、加工材料及零件加工要求的不同，为保证在各种情况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服系统具有足够宽的调速范

4、围。9低速大扭矩要求伺服系统有足够的输出扭矩或驱动功率。机床加工的特点是，在低速时进行重切削。因此，伺服系统在低速时要求有大的转矩输出。106.1.2伺服系统的分类1．开环和伺服系统2.闭环伺服系统3.半闭环伺服系统4．直流伺服系统5.交流伺服系统11开环伺服系统开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件，它没有反馈回路，因此设备投资低，调试维修方便，但精度差，高速扭矩小，被用于经济型数控机床及普通机床的数控化改造。12图6-2开环伺服系统原理示意图13闭环伺服系统闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工作台上（图6-1），检测装置测

5、出实际位移量或者实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比较，求得差值，构成闭环位置控制。闭环方式被大量用在精度要求较高的大型数控机床上14图6-3半闭环伺服系统简图15半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图6-3所示。半闭环伺服系统一般将位置检测元件安装在电动机轴上，用以精确控制电机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动部件，将角度转换成工作台的位移，为间接测量。目前在精度要求适中的中小型数控机床上，使用半闭环系统较多。16直流伺服系统直流伺服系统就是控制直流电机的系统。目前使用比较多的是永磁式直流伺服电机。永磁直流伺服电机，调

6、速范围宽，输出转矩大，过载能力强，而且电机转动惯量较大，应用较方便直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂，价格较贵。17交流伺服驱动系统由于交流电机调速技术的突破，交流伺服驱动系统在80年代进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服电机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修，制造简单，适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速度方向发展，其性能更加优异，交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。186.2步进电机及其驱动装置6.2.1步进电机工作原理步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在系统中，步进电机受驱动线

7、路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数量代表了位移量。由于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制。191．步进电机的结构步进电机在结构上分为定子和转子两部分，现以图6-4所示的反应式三相步进电机为例加以说明。定子上有六个磁极，每个磁极上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相，分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由带齿的铁心做成的。步进电机是按电磁吸引的原理进行工作的。20图6-4三相反应

8、式步进电机结构212．步进电机的工作原理假设转子上有四个齿，相邻两齿间夹角（齿距角）为900。当A相通电时，转子1、3齿被磁极A产生的电磁引力吸引过去，使1、3齿与A相磁极对齐。接着B相通电，A相断电，磁极B又把距它最近的一对齿2、4吸引过来，使转子按逆时针方向