数控机床 教学课件 作者 雷才洪 陈志雄 主编 韩幸 沈华东 黄松林 李明喜 副主编第5章 数控机床伺服系统.ppt

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1、数控机床第5章数控机床的伺服系统第5章数控机床的伺服系统5.1概述5.2步进电动机伺服系统5.3直流电动机伺服系统5.4交流电动机伺服系统第5章数控机床的伺服系统5.1概述伺服系统的应用第5章数控机床的伺服系统伺服的上位及下位装置概念：机械位置或角度作为控制对象自动控制系统。第5章数控机床的伺服系统组成：伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构、执行部件。第5章数控机床的伺服系统5.1.1开环步进系统第5章数控机床的伺服系统组成：伺服驱动装置：步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达。图5.1开环进给系统第5章数控机床的伺服系统图5.1开环进给系统第5章数控机床的伺服系统控制过程：由数控

2、系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机传动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。第5章数控机床的伺服系统伺服驱动装置：直流或者交流伺服电机电液伺服阀-液压马达。5.1.2闭环和半闭环进给系统第5章数控机床的伺服系统安装在执行部件或其他传动元件上的位置检测装置，将执行部件的实际位移量转换成电脉冲后，反馈到输入端并与输入位置指令信号进行比较，将两者的差值放大和变换，控制伺服驱动装置驱动执行部件以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到指令位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。图5.2进给系统与开环进给系统主要区别：第5章数控机床的伺服系统图5.2进给系统第5

3、章数控机床的伺服系统开环位置伺服系统又称为步进式伺服系统；其驱动元件为步进电机。5.2步进电动机伺服系统第5章数控机床的伺服系统5.2.1步进电机的工作原理分类：按工作原理分——反应式、电磁式、永磁式。第5章数控机床的伺服系统按使用场合分——功率步进电动机；控制步进电机。第5章数控机床的伺服系统按相数分——三相、四相、五相。第5章数控机床的伺服系统按使用频率分——高频、低频。常用：反应式步进电动机。工作原理：基于电磁力的吸引和排斥产生转矩的现象。第5章数控机床的伺服系统图5.3三相步进电动机的工作原理第5章数控机床的伺服系统图5.3三相步进电动机的工作原理一拍：电动机定子绕组每改

4、变一次通电方式。步距角θ0：此时电动机转子转过的空间角度。第5章数控机床的伺服系统第5章数控机床的伺服系统三相单三拍：A→B→C→A→．．．“单”指每次通电时，只有一相绕组通电；“三拍”指经过三次切换绕组的通电状态为一个循环，第四拍通电时就重复第一拍通电的情况。第5章数控机床的伺服系统三相单、双六拍：A→AB→B→BC→C→CA→A→．．．图5.4步进电动机单、双六拍工作示意图第5章数控机床的伺服系统图5.4步进电动机单、双六拍工作示意图第5章数控机床的伺服系统θ=360°mzK式中：Θ—步距角；M—相数；Z—转子齿数；K—通电拍数（K=1时，相邻两次通电次数一样；K=2时，相邻

5、两次通电次数不一样）。第5章数控机床的伺服系统n==θ×60f360°60fmzK式中：n（r/min）—步进电动机的转速；F—步进电动机的脉冲频率f。第5章数控机床的伺服系统5.2.2步进电机的主要性能指标1、静特性：1）静态矩角特性图5.5步进电动机转矩角特性第5章数控机床的伺服系统图5.5步进电动机转矩角特性第5章数控机床的伺服系统2）最大静转矩特性图5.6步进电动机转矩特性第5章数控机床的伺服系统图5.6步进电动机转矩特性第5章数控机床的伺服系统2、动特性1）矩频特性2）工作频率图5.7步进电动机矩频特性第5章数控机床的伺服系统图5.7步进电动机矩频特性？第5章数控机床的

6、伺服系统5.3.1直流伺服电动机的结构与工作原理1、永磁直流伺服电动机的基本结构5.3直流电动机伺服系统图5.8永磁式直流伺服电动机基本结构第5章数控机床的伺服系统图5.8永磁式直流伺服电动机基本结构第5章数控机床的伺服系统2、永磁直流伺服电动机的工作原理图5.9永磁式直流伺服电动机基本原理第5章数控机床的伺服系统图5.9永磁式直流伺服电动机基本原理第5章数控机床的伺服系统5.3.2直流伺服电动机的调速方法直流伺服电动机调速方法：改变电枢回路电阻改变气隙磁通量改变电枢电压第5章数控机床的伺服系统1、晶闸管—直流电动机调速系统（SCR—M系统）利用触发脉冲改变晶闸管的导通角，从而改

7、变整流电路输出的平均支流电压。第5章数控机床的伺服系统开环控制：通过改变电位器滑动触点的位置控制电动机转速。图5.10晶闸管—直流电动机调速系统开环控制图5.11三相桥式反并联整流电路图5.12三相全桥式整流电路波形第5章数控机床的伺服系统图5.10晶闸管—直流电动机调速系统开环控制第5章数控机床的伺服系统图5.11三相桥式反并联整流电路第5章数控机床的伺服系统图5.12三相全桥式整流电路波形第5章数控机床的伺服系统闭环控制：增设了转速负反馈环节图5.13晶闸管—直流电动机调速系