部分数控机床的伺服系统(驱动)

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1、第三部分数控机床的伺服系统基本要求：熟悉数控机床的伺服控制原理；掌握伺服执行元件伺服电机的工作原理及特点。重点与难点：伺服电机的工作原理及特点。机电工程学院3.1数控机床的伺服系统3.2数控机床的位置检测本部分重要内容机电工程学院伺服系统是指以机床移动部件的位移和速度作为控制对象的自动控制系统，也称为位置随动系统、简称伺服系统。主要功能是：接受来自数控装置输出的插补结果，如指令脉冲或数字量，通过功率放大控制电动机驱动机床的移动部件，完成预期的直线或转角位移。第一节数控机床伺服系统概述3.1数控机床对伺服系统概述机电工程学院如果说CNC装置是数控机床的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那

2、么伺服系统则是数控机床的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，速度与位移量。第一节数控机床伺服系统概述机电工程学院1．稳定性好2．准确度高3、响应快4、调速范围宽5、输出扭矩大6、高可靠性第一节数控机床伺服系统概述3.1.1数控机床伺服系统的基本要求机电工程学院组成：伺服电动机驱动信号控制转换电路电子电力驱动放大模块位置调节单元速度调节单元电流调节单元（调节加速度）检测装置一般闭环伺服系统的典型结构为三环结构：位置环、速度环、电流环。第一节数控机床伺服系统概述3.1.2数控机床伺服系统的组成机电工程学院位置调解速度调解电流调解转换

3、驱动工作台电流反馈速度反馈位置反馈MG位置、速度和电流环均由：调节控制模块、检测和反馈部分组成。电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率放大器组成。CNC指令第一节数控机床伺服系统概述机电工程学院由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题，在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。第一节数控机床伺服系统概述机电工程学院3.1.3常用的伺服驱动元件

4、伺服驱动元件是伺服系统的关键部件，对系统的特性有极大的影响，它的发展和进步是推动数控机床发展的重要因素。驱动元件的发展大致分为以下几个阶段：50年代，采用步进电动机。目前只应用于经济型数控机床（适于轻载、负荷变动不大）。60～70年代，采用步进电动机和电液伺服电动机。现已基本不用。70～80年代，采用直流伺服电动机，目前在我国仍有使用（调速性能良好）。80年代以后，采用交流伺服电动机，是比较理想的驱动元件。90年代以来直线电动机开始采用（高速、高精度）。第一节数控机床伺服系统概述机电工程学院第一节数控机床伺服系统概述一、步进电机步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接

5、收到一个脉冲信号，它就驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度。步进电动机的转子上无绕组且制有若干个均匀分布的齿，在定子上有励磁绕组。当有脉冲输入时，转子就转过一个固定的角度，其角位移量与输入脉冲个数严格地成正比，在时间上也与输入脉冲同步。当无脉冲时，在绕组电源的激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置不变而处于定位状态。机电工程学院第一节数控机床伺服系统概述（一）步进电动机工作原理尽管步进电动机种类很多，其基本原理实质都是一致的。现以三相反应式步进电动机为例，说明其工作原理：在步进电动机定子上有三对磁极上面绕有励磁绕组，分别称为A相、B相和C相。转子上带有等距小齿（图中有四个齿），如果先

6、将A相加上电脉冲，则有：ABBCC1234(a)A相通电A机电工程学院第一节数控机床伺服系统概述如果将B相加上电脉冲，则有：转子逆时针旋转30°AABBCC1234(b)B相通电AABBCC1234(a)A相通电机电工程学院第一节数控机床伺服系统概述如果将C相加上电脉冲，则有：转子逆时针旋转30°AABBCC1234(b)B相通电AABBCC1234(a)A相通电AABBCC1234(c)C相通电转子逆时针旋转30°动画模拟机电工程学院第一节数控机床伺服系统概述这种三相励磁绕组依次单独通电，切换三次为一个循环，称为三相单三拍通电方式。其通电方式及通电顺序为A→B→C→A…或者A→C→B→A

7、…由于每次只有一相磁极通电，易在平衡位置附近发生振荡，而且在各相磁极通电切换的瞬间，电动机失去自锁力，容易造成失步。机电工程学院第一节数控机床伺服系统概述为改善其工作性能，可采用三相六拍的通电方式，其通电方式及通电顺序为:A→AB→B→BC→C→CA→A…或者A→AC→C→CB→B→BA→A…这种通电方式当由A相通电转为AB相共同通电时，转子磁极将同时受到A相与B相的吸引，它就停在AB两相磁极中间，这时它转过的角度是15