Chapter5 数控机床的驱动与位置控制.ppt

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时间:2020-01-23

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1、1教学内容第5章数控机床的驱动与位置控制5.1概述5.2开环进给伺服系统5.3闭环进给伺服系统5.4检测元件2数控机床伺服系统——以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统,又称随动系统、拖动系统或伺服机构在数控机床中,伺服是指有关的传动或运动参数均严格按照数控装置的控制指令实现,这些参数主要包括运动的速度、运动的方向和运动的起停位置等;伺服系统是数控装置和机床的联系环节,是实现刀具与工件间运动、主电机运动的驱动和执行机构,是数控机床的“四肢”;伺服系统的性能,在很大程度上决定了数控机床的性能。35.1.1伺服系统的基本要求5.1.2伺服系统的分类5.1概述5.1.3常用伺

2、服电动机41、精度高包括位移精度和定位精度。位移精度: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,伺服系统的位移精度愈高。全程范围可达±5mm。定位精度:输出量能复现输入量的精确程度。一般允许偏差在0.01~0.001mm之间,甚至到0.1mm。5.1.1伺服系统的基本要求52、稳定性好稳定性是指系统在给定输入或外界干扰作用下,能在短暂的调节过程后,达到新的或者恢复到原来的平衡状态的一种性能。对伺服系统要求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的精度和表面粗糙度。6tFtp3、动态响应快动

3、态响应表示系统的跟踪精度。当负载突变时,过渡过程前沿要陡,恢复时间要短(一般在200ms以内),且无振荡。这样才能得到光滑的加工表面。74、调速范围宽且速度稳定调速范围S是指机械装置要求电动机能提供的最高转速和最低转速之比。速度稳定:指输出速度的波动要少,尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。85、低速大转矩数控机床加工的特点是在低速时进行重切削。因此,要求伺服系统在低速时要有大的转矩输出。为了满足对伺服系统的要求,对伺服系统的执行元件伺服电动机也相应提出高精度、快响应、宽调速和大转矩的要求。①电动机从低速到高速能平滑运转,转矩波动小,尤其在最低转速时,仍有平稳的速度而无爬行现象。

4、②电动机负载特性硬,应具有较长时间的较大过载能力,以满足低速大扭矩的要求。9③满足快速响应的要求,即随着控制信号的变化,电动机应能在较短时间内达到规定的速度。因此,伺服电动机必须具有较小的转动惯量和大的堵转转矩,机电时间常数和启动电压应尽可能小。④电动机应能承受频繁的启动、制动和反转。101、按调节理论分类1)开环伺服系统2)闭环伺服系统3)半闭环伺服系统5.1.2伺服系统的分类指令驱动电路步进电机工作台脉冲伺服电机速度检测速度控制位置控制位置检测伺服电机速度控制位置控制工作台脉冲编码器指令111)开环伺服系统驱动电路步进电机工作台脉冲驱动元件主要是功率步进电动机或电液脉冲马达。

5、特点与用途:开环系统的结构简单,易于控制,但精度差,低速不平稳,高速扭矩小。一般用于轻载负载或经济型数控机床上。122)闭环伺服系统指令伺服电机速度检测速度控制位置控制位置检测闭环伺服系统是反馈控制,反馈测量装置精度很高,所以系统传动链的误差,环内各元件的误差以及运动中造成的误差都可以得到补偿,从而大大提高了跟随精度和定位精度。133)半闭环伺服系统伺服电机速度控制位置控制工作台脉冲编码器指令142.按使用驱动电机分类1)直流伺服系统进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机;主运动系统采用他激直流伺服电机。优点:调速性能好。缺点:有电刷,速度不高。2)交

6、流伺服系统交流感应异步伺服电机(一般用于主轴伺服系统)和永磁同步伺服电机(一般用于进给伺服系统)。优点:结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作。动态响应好、转速高和容量大。153、按进给驱动和主轴分类1)进给伺服系统进给伺服系统是指一般概念的伺服系统,它包括速度控制环和位置控制环。2)主轴伺服系统一般的主轴控制只是一个速度控制系统。具有C轴控制的主轴与进给伺服系统一样,为一般概念的位置伺服控制系统。164、按反馈比较控制方式分类1)脉冲、数字比较伺服系统(闭环伺服的控制方式)2)相位比较伺服系统(位置检测装置工作方式)3)幅值比较伺服系统(位置检测装置工作方式)4)全数字伺服

7、系统(位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化)175.1.3常用伺服电动机伺服电动机是指能够精密地控制其位置的一类电动机。主要功能是转换和传递信号。伺服电动机在机床伺服系统中用作执行元件。常用的伺服电动机分为4大类:1、直流伺服电动机2、交流伺服电动机3、步进电动机4、直接驱动电动机181、直流伺服电动机(调速性能良好)1)永磁直流伺服电动机:用于一般的直流伺服系统。2)无槽电枢直流伺服电动机:用于需要快速动作、功率较大的伺服系统。3)空心杯电枢直流伺服电动机:用于需要快速动作

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