数控机床伺服系统

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1、数控机床的伺服系统及位置检测4.1概述数控机床伺服系统是以机床运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统，简称伺服系统。数控机床伺服系统主要有两种:一种是进给伺服系统，它控制机床各坐标轴的切削进给运动，以直线运动为主；另一种是主轴伺服系统，它控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。数控机床的精度、稳定性、可靠性及加工效率等技术指标在很大程度上取决于伺服系统的性能。伺服系统的作用是接受数控系统发出的进给位移和速度指令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置(直流或交流伺服

2、电机、直线电机、功率步进电机等)和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件进行运动。数控机床的进给伺服系统与一般机床的进给系统有本质上的差异，它能根据指令信号自动精确地控制执行部件运动的位移、方向和速度，以及数个执行部件按一定的规律运动以合成一定的运动轨迹。1.数控伺服系统的组成1)开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。通常,执行元件选用步进电动机。2）闭环及半闭环伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测元件、比较环节组成。2.伺服系统的分类1)按照控制方式的不同可分为开环、闭环和

3、半闭环控制；2)按所用执行元件可分为步进伺服系统、直流伺服系统和交流伺服系统三类；3)按伺服系统的用途和功能可将伺服系统分为进给驱动系统和主轴驱动系统；4)按驱动方式分类，将伺服系统分为液压伺服驱动系统、电气伺服驱动系统和气压伺服驱动系统；5)按控制信号分类,将伺服系统分为数字伺服系统、模拟伺服系统和数字模拟混合伺服系统等。3.伺服系统的要求1)足够高的精度2)好的快速响应性3)较宽的调速范围4)可靠的系统稳定性4.2伺服系统的驱动元件1.步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装

4、置。步进电机的角位移与电脉冲信号数成正比，转数与脉冲频率成正比，转向与通电相序有关。1)步进电机结构与工作原理步距角：每发一个脉冲，步进电机转子转过的角度。脉冲当量：每发一个脉冲，工作台移动的位移量。(1)三项三拍控制所谓“三相”,是指步进电动机有三相定子绕组。“单”是指每次只有一相绕组通电，而“双”是指每次有二相绕组通电，“三拍”是指，每三次转换为一个循环，第四次则重复第一次的通电情况。其他相数的步进电动机依此类推。三相三拍控制方式一种为双三拍，这种方式同时有两相绕组通电，通电顺序为AB－BC－CA

5、－AB…(逆时针旋转)或AC－CB－BA－AC…(顺时针旋转)。双三拍控制方式的步距角仍为30°。(2)三项六拍采用三相六拍控制方式，步进电动机的绕组通电顺序为A－AB－B－BC－C－CA－A….每切换一次，步进电动机将逆时针旋转15°。如通电顺序改为A－AC－C－CB－B－BA－A…，则步进电动机以步距角15°，顺时针旋转。2).步距角步距角：每发一个脉冲，步进电机转子转过的角度。2.直流伺服电动机1)直流伺服电动机的结构及工作原理直流伺服电动机具有良好的启动、制动和调速特性，可方便地在很宽范围内实

6、现平滑无极调速，故多采用对伺服电动机的调速性能要求较高的数控机床中。组成：定子、转子、电刷与换相片直流电动机都存在一些固有的缺点，如电刷和换向器易磨损，需经常维护。换向器换向时会产生火花，使电动机的最高速度受到限制，也使应用环境受到限制，而且直流电动机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高。3。交流伺服电动机交流伺服电动机有异步型和同步型交流伺服电动机两种。异步型交流伺服电动机指的是交流感应电动机,它有三相和单相之分，也有鼠笼式和线绕式。应用较多的是同步型交流伺服电动机。它的定子与感应电动

7、机一样，都在定子上装有对称三相绕组。而转子却不同，按不同的转子结构又分电磁式及非电磁式两大类。非电磁式又分为磁滞式、永磁式和反应式多种。数控机床中多用永磁式同步电动机。与电磁式相比，永磁式的优点是结构简单、运行可靠、效率较高；缺点是体积大、启动特性欠佳。4。直线电动机直线电动机是一种能将电信号直接转换成直线位移的电动机。由于它无需转换机构即可直接获得直线运动，所以直线电动机没有传动机械的磨损，并且噪音低，结构简单，操作维护方便。主要应用机型：直流直线电动机、交流直线电动机以及直线步进电动机等，在实际中

8、应用较多的是交流直线电动机。4.3步进式伺服系统步进式伺服系统采用功率步进电动机作为执行元件，实现进给控制。与闭环控制系统相比，它没有位置和速度反馈回路，无需位置和速度测量装置及复杂的控制调节电路，因此这种系统成本较低，结构简单，工作可靠，容易与机床连接，控制使用比较方便。在对速度、精度要求不太高的中、小型数控机床上得到广泛的应用。4.4直流和交流伺服系统1。直流伺服系统直流伺服系统采用直流伺服电动机作为执行元件，并由直流电源供电。直流电动机常用的调速方