《数控伺服系统 》ppt课件

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1、第五章数控伺服系统一、伺服系统的基本概念§5.1概述数控伺服系统主要是指各坐标轴进给驱动的位置控制系统。按其功能分为进给和主轴两种伺服系统。主轴伺服系统用于控制机床主轴的转动。进给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，它根据数控装置发出的指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。1二、伺服系统的组成伺服系统由伺服电路、伺服驱动装置、机械传动部件及执行部件组成。位置控制模块速度控制单元伺服电机工作台位置检测测量反馈伺服驱动电路指令图5-1闭环进给伺服系统结构2二、数

2、控机床对伺服系统的要求1、高的位移精度（定位精度）伺服系统的位移精度是指指令脉冲要求的位移量和实际位移量之间的误差大小，误差愈小，精度愈高。2、速度响应快快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统跟踪精度。3、调速范围宽调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。一般要求调速范围>1000，且为无级调速。3三、伺服系统的类型按其控制原理和有无位置反馈分为开环半闭环和闭环伺服系统；按其用途和功能分为进给和主轴驱动系统；按其驱动执行元件的动作原理分为电液和电气伺服驱动系统。电气伺服驱动系统又分为直流、交流及直线电动机伺服系统。4

3、、低速大扭矩机床加工的特点是，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5、稳定性好稳定性是指系统在给定外界干扰作用下，经在短暂的调节后，能达到新的或者恢复到原来平衡状态的能力。稳定性直接影响数控加工精度和表面粗糙度。4§5.2伺服系统的驱动元件一、步进电动机1、步进电动机的工作原理图5-1三相步进电机的结构原理图5（1）三相步进电机按单三拍逆时针转动，即A-B-C-A4213图5-2A通电状态6（1）三相步进电机按单三拍逆时针转动，即A-B-C-A4213图5-2B通电状态74213（1）三相步进电机按单三拍逆时针转动，即A-B

4、-C-A图5-2C通电状态81324（1）三相步进电机按单三拍逆时针转动，即A-B-C-A图5-2A通电状态9（2）三相步进电机按单三拍顺时针转动，即A-C-B-A4213图5-3A通电状态10（2）三相步进电机按单三拍顺时针转动，即A-C-B-A3142图5-3B通电状态11（2）三相步进电机按单三拍顺时针转动，即A-C-B-A3142图5-3C相通电状态12（2）三相步进电机按单三拍顺时针转动，即A-C-B-A2431图5-3A相通电状态13（3）三相步进电机按六拍逆时针转动，即A-AB-B-BC-C-CA-A4213图5-4A相通电14421

5、3（3）三相步进电机按六拍逆时针转动，即A-AB-B-BC-C-CA-A图5-4AB相通电154213（3）三相步进电机按六拍逆时针转动，即A-AB-B-BC-C-CA-A图5-4B相通电164213（3）三相步进电机按六拍逆时针转动，即A-AB-B-BC-C-CA-A图5-4BC相通电174213（3）三相步进电机按六拍逆时针转动，即A-AB-B-BC-C-CA-A图5-4C相通电184213（3）三相步进电机按六拍逆时针转动，即A-AB-B-BC-C-CA-A图5-4CA相通电194213（3）三相步进电机按六拍逆时针转动，即A-AB-B-BC

6、-C-CA-A图5-4A相通电202.步进电机的特性（1）步进电机每输入一个脉冲，绕组的通电状态就变换一次，电机就相应地转动一步，因此角位移与输入脉冲个数成严格比例关系。（2）一旦停止输入控制脉冲，只要维持绕组一定的通电电流，转子就可以保持在其固定的位置上，具有电磁锁定功能，不需要机械制动。（3）改变绕组的通电顺序，就可以改变转子的旋转方向。（4）转子的转速与输入的脉冲频率成正比。（5）步距角α与通电拍数n、转子的齿数z有关，状态系数k（单、双拍），可用下式表示：213.步进电动机主要性能参数及其选用(1)步距角αα越小,控制精度越高，(2)步距误

7、差Δα步距误差是指步进电机运行时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。连续走若干步时，上述步距误差的累积值称为步距的累积误差。步进电机的步距累积误差将以一转为周期重复出现。根据机床的定位精度选Δα。(3)最高起动频率fq是指从静止状态突然起动而不丢步的最高频率，又叫突跳频率。它与负载力矩和传动系统惯性力矩有关，这两种力矩越大，fq越低，这个关系称为惯频特性，如图5-5所示。22(4)、最高连续运行频率fmax图5-5起动惯性特性曲线步进电机匀速运行时，不步丢步的最高脉冲频率，它表明步进电机所能达到的最高速度，根据负载和速度选fmax（如图5

8、-6所示）。23图5-6步进电机的距频特性3、步进电机的驱动电路驱动电路的三大功能：变频、环分、功放。由此可知驱动电路的组