《数控机床电气驱动》PPT课件

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1、第四章进给运动控制7/25/20214.1概述1.数控机床伺服系统的概念数控机床伺服系统是以数控机床移动部件（如工作台、主轴或刀具等）的位置和速度为控制对象的自动控制系统，也称为随动系统、拖动系统或伺服机构。它接受CNC装置输出的插补指令，并将其转换为移动部件的机械运动（主要是转动和平动）。伺服系统是数控机床的重要组成部分，是数控装置和机床本体的联系环节，其性能直接影响数控机床的精度、工作台的移动速度和跟踪精度等技术指标。7/25/2021通常将伺服系统分为开环系统和闭环系统。开环系统通常主要以步进电动机作为控制对象，闭环系统通常以直

2、流伺服电动机或交流伺服电动机作为控制对象。7/25/2021速度环由速度调节器、电流调节器及功率驱动放大器等部分组成，利用测速发电机、脉冲编码器等速度传感元件，作为速度反馈的测量装置。位置环是由CNC装置中位置控制、速度控制、位置检测与反馈控制等环节组成，用以完成对数控机床运动坐标轴的控制。数控机床运动坐标轴的控制不仅要完成单个轴的速度位置控制，而且在多轴联动时，要求各移动轴具有良好的动态配合精度，这样才能保证加工精度、表面粗糙度和加工效率。7/25/2021(1)伺服系统的作用2)根据CNC装置发出的控制信息对机床移动部件的位置和速

3、度进行控制。1)数控伺服系统具有放大控制信号的能力。(2)数控机床对伺服系统应具有的基本性能1)高精度：伺服系统的精度指输出量能够复现输入量的精确程度。由于数控机床执行机构的运动是由伺服电动机直接驱动的，为了保证移动部件的定位精度和零件轮廓的加工精度，要求伺服系统应具有足够高的定位精度和联动坐标的协调一致精度。一般的数控机床要求的定位精度为0.01~0.001mm，高档设备的定位精度要求达到0.1μm以上。在速度控制中，要求高的调速精度和比较强的抗负载扰动能力。即伺服系统应具有比较好的动、静态精度。7/25/20212)良好的稳定性稳

4、定性是指系统在给定输入作用下，经过短时间的调节后达到新的平衡状态；或在外界干扰作用下，经过短时间的调节后重新恢复到原有平衡状态的能力。稳定性直接影响数控加工的精度和表面粗糙度，为了保证切削加工的稳定均匀，数控机床的伺服系统应具有良好的抗干扰能力，以保证进给速度的均匀、平稳。3．动态响应速度快动态响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。目前数控机床的插补时间一般在20ms以下，在如此短的时间内伺服系统要快速跟踪指令信号，要求伺服电动机能够迅速加减速，以实现执行部件的加减速控制，并且要求很小的超调量。7/25/202

5、14．调速范围要宽，低速时能输出大转矩。机床的调速范围RN是指机床要求电动机能够提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比，即：车床的主轴伺服系统一般是速度控制系统，除了一般要求之外，还要求主轴和伺服驱动可以实现同步控制，以实现螺纹切削的加工要求。有的车床要求主轴具有恒线速功能。机床的加工特点是低速时进行重切削，因此要求伺服系统应具有低速时输出大转矩的特性，以适应低速重切削的加工实际要求，同时具有较宽的调速范围以简化机械传动链，进而增加系统刚度，提高转动精度。一般情况下，进给系统的伺服控制属于恒转矩控制，而主轴坐标的伺服控制在低速时

6、为恒转矩控制，高速时为恒功率控制。7/25/20215)高性能电动机伺服电动机是伺服系统的重要组成部分，为使伺服系统具有良好的性能，伺服电动机也应具有高精度、快响应、宽调速和大转矩的性能。具体是：（1）电动机从最低速到最高速的调速范围内能够平滑运转，转矩波动要小，尤其是在低速时要无爬行现象；（2）电动机应具有大的、长时间的过载能力，一般要求数分钟内过载4~6倍而不烧毁；（3）为了满足快速响应的要求，即随着控制信号的变化，电动机应能在较短的时间内达到规定的速度；（4）电动机应能承受频繁启动、制动和反转的要求。7/25/20212.伺服驱

7、动系统的分类（1）驱动方式分类液压伺服系统、气压伺服系统和电气伺服系统伺服系统可以分为电液伺服系统和电气伺服系统，电液伺服系统的执行元件是电液脉冲马达和电液伺服马达。但由于该系统存在噪音、漏油等问题，其逐渐被电气伺服系统所取代。电气伺服系统全部采用电子元件和电动机部件，操作方便，可靠性高。目前电气伺服系统的驱动元件主要有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机，有关这些驱动元件的工作原理可以参阅本章中的相关内容。7/25/2021（3）按有无检测元件和反馈环节分类，伺服系统可以分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。开环伺服

8、系统与闭环伺服系统如前所述。半闭环与闭环伺服系统的结构一致，只是位置检测元件不直接安装在最终运动部件上（工作台），而是传动装置的一个环节上（如丝杠或传动轴上），由于传动链有一部分在位置环以外，在位置环以外的传动精度得不到