数控机床电气系统的装调与维修FANUC-0i系统课件 教学课件 作者 黄登红 主编 熊轶娜 何文学 副主编 任务15-21课件任务17 19 20进给伺服系统的连接和调试.ppt

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1、任务17进给伺服系统的连接和调试宋福林长沙航空职业技术学院航空机械制造工程系数控教研室2009年11月任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试一、伺服驱动概述伺服驱动机构相当于人的手、足部分，它的任务就是根据CNC控制装置的指令，驱动机床的工作台按照指定的进给速度沿着程序轨迹运动。FANUC控制驱动分类FANUC驱动主要采用的控制电机形式有①直流电机（80年代初期）②交流感应电机（主轴驱动）③交流同步电机（伺服驱动），这三种电机的差异参见下图所示：任务17进给伺服系统的连接和调试任务17进给伺服系统的连接和调试任务15串行数字控

2、制的主轴驱动系统的调试任务17进给伺服系统的连接和调试任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试由于FANUC目前已不再使用直流电机，所以我们本次仅讨论“交流驱动”，而上面框图②项和③项虽然均是交流电机，但一个是感应（异步）电机，另一个是（永磁）同步电机，在数控机床应用中，适用场合不尽相同。那么下面我们重点讨论这两种电机在数控机床中的应用。交流感应电机的控制与交流同步电机的控制在拖动原理上既有相同之处，又有不同之处，从上面的框图我们可以清楚的看到两者均是通过定子磁场的旋转，带动转子旋转（两种电机结构的转子不同）。而控制定子磁场旋转

3、的驱动电路，感应电机与同步电机从原理上是大同小异，区别不大，大多采用脉宽调制（PWM）处理。所以西门子驱动模块不区分所带负载是同步电机还是异步电机，但是在反馈电路处理和位置环控制上，感应电机和同步电机就不同了。感应电机通过有效的控制可以使电机在额定转速区间工作，使额定转差率在S=0.5*Sm左右（Sm——最大转差率），从而电机的输出功率能够维持在一个相对稳定的范围，所以额定速度范围内的恒功率输出是感应电机的特性。在数控机床中这一特性被用于主轴驱动（刀具切削时稳定的功率输出）。而同步电机转子采用永磁体，加之高分辨率编码器，配有格雷

4、码跟踪电机转子实时旋转角度，并反馈给数控系统，通过位置环、速度环、电流环控制，保证转子的高精度同步定位，实现了低速大扭矩及高精度同步旋转的特性，这一特性在数控机床中被用于伺服电机驱动。任务17进给伺服系统的连接和调试任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试作为数控制造商一般主轴电机规格以功率表示，而伺服电机规格则以扭矩表示，例如FANUCα系列主轴电机标牌为α22或αi22，表明该主轴电机功率为22Kw。而FANUCα系列伺服电机标牌为α22或αi22，则表明该伺服电机扭矩为22N-m。牛米与功率的换算关系如下：任务17进给伺服

5、系统的连接和调试任务17进给伺服系统的连接和调试反馈及控制方式控制电机一般配有反馈装置，反馈装置主要输出位置信号和速度信号，FANUC交流电机反馈装置还需输出格雷码信号跟踪转子位置。目前FANUCαi系列伺服电机配有高分辨率编码器输出位置、速度及格雷码信息，并且数据以串行方式输出到伺服模块上，再通过伺服模块将数据输送到FSSB总线上，并最终输入CNC系统中。任务17进给伺服系统的连接和调试当电机后置反馈信号不能够满足机床控制精度时（电机轴之后传动链丢失精度，如滚珠丝杆及丝杠轴承精度丢失），就需要外置反馈装置，如光栅、磁尺、球栅等

6、，FANUC将其称之为“分离型编码器”。任务17进给伺服系统的连接和调试由于使用反馈方式的不同，在数控系统控制形式上可以分为：①开环控制——CNC指令给伺服驱动，没有反馈。②半闭环控制——CNC指令给伺服驱动，反馈信号由电机编码器发出。半闭环控制由于读取电机同轴信号，所以可以实时监控电机转角位移情况，电机轴端精度控制非常精确，但是由于电机轴后传动链没有监控到位，所以后面传动链的精度损失，如丝杠误差、间隙、热变型等就无法控制。任务17进给伺服系统的连接和调试③全闭环控制——CNC指令给伺服驱动，反馈信号由光栅或磁尺发出。全闭环可以

7、监控到工作台与刀具的最终相对精度，所以对于精密加工、大型龙门铣床、数控镗铣床等均采用全闭环结构任务17进给伺服系统的连接和调试④混合式控制——此方式取用了半闭环的稳定性和全闭环的准确性，位置检测器信号取自伺服电机内的脉冲编码器和外部的直线尺任务17进给伺服系统的连接和调试FANUC驱动器发展20世纪50年代末60年代初采用电液脉冲电机作为数控机床进给驱动系统，为开环控制。70年代中期采用晶闸管（SCR可控硅整流器）直流伺服驱动，反馈采用旋转变压器（作为位置反馈）和测速机（作为速度反馈）。70年代末采用功率晶体管PWM脉宽调制控制

8、DC伺服控制，反馈为脉冲编码器（A/*A相、B/*B相及Z/*Z相一转信号）作为速度和位置反馈。主轴控制采用DC调速电机。该直流装置的控制均为模拟控制，这种控制方法受模拟器件特性和环境温度影响大，参数漂移、精度差，另外直流电机有碳刷和换向器，需要维护，故障率高。