数控机床的进给伺服系统概述(.ppt

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1、第六章数控机床的进给伺服系统第一节概述第二节开环步进电机第三节数控机床的检测装置第四节闭环伺服系统第五节闭环伺服系统分析第一节概述伺服驱动系统是指以位置和速度作为控制对象的自动控制系统。伺服系统的性能，在很大程度上决定了现代数控机床的性能。如：数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态与静态性能。数控进给伺服系统是一种位置控制系统，分为开环、半闭环和闭环三种。一、数控机床对伺服系统的要求1、精度高脉冲当量越小，机床的精度越高。0.01-0.001mm;2、快速响应特性好快速响应是伺服系统动态

2、品质的标志之一。达到最大稳态速度的时间要求在200ms以内。3、调速范围大调速范围：电机的最高转速Nmax和最低转速Nmin之比。要求应大于：1:100004、负载特性要硬当负载变化时，输出速度应基本不变。5、系统可靠性要好二、数控机床伺服驱动系统的基本组成数控机床的进给伺服系统是由：伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。进给指令比较控制环节驱动控制单元执行元件机床反馈检测单元三、数控机床伺服驱动系统的分类按其用途和功能分为：进给驱动系统和主轴驱动系统按其控制原理和有无反馈环节分：开环系统、闭环系统和半闭环系

3、统按驱动执行元件的动作原理分为：电液伺服系统和电气伺服系统。其中电气伺服系统又可分为直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统。1、开环控制和闭环控制进给系统特点（1）开环控制系统①结构较简单，调试、维修、使用方便、成本低②无位置反馈环节，系统稳定；③速度及精度较低。驱动器步进电机工作台CNC指令脉冲开环控制系统结构图（2）半闭环与闭环进给系统特点：①结构比较复杂，安装调试比较麻烦；②加工精度高，速度快。+指令位置检测测量与反馈-速度控制单元位置调节器伺服电机工作台半闭环控制（3）闭环进给系统2、进给驱动与主轴驱动进给驱动用于数控

4、机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程的转矩。主轴驱动控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动率和所需的切削力。3、直流伺服驱动与交流伺服驱动直流大惯量伺服电机有良好的宽调速性能。输出转矩大，过载能力强，由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当，构成闭环后易于调整。直流中小惯量伺服电机适于数控机床对于频繁启动、制动，快速定位、切削的要求。交流电机的一个最大优点是交流容易维修，制造简单，易于向大容量、高速度方向发展。缺点:电刷和换向四、数控系统常用伺服电机1、步进电机开环进给驱动装置，在

5、经济型数控机床上用；2、改进型直流电机在静态和动态特性较普通直流电机所改变，早期使用；3、小惯量直流电机减小电枢的转动惯量，获得好的快速性，早期使用；4、永磁直流伺服电机能在较大过载转矩下长期工作；可在低速下(1r/mm甚至0.1r/mm)平稳运转。70年代—80年代中期广泛应用，目前还在使用；5、无刷直流电机：实质是交流调速电机的一种。性能达到直流电机的水平，又取消换向器及电刷部件，电机寿命提高一个数量级；6、交流调速电机：自80年代中期开始，以异步电机和永磁同步电机为基础的交流进给驱动得到迅速的发展，是进给驱动的一个发

6、展方向。第二节开环步进式伺服系统一、步进电机步进电机是将电脉冲信号转换成角位移；角位移量与电脉冲数成正比；转速与电脉冲频率成正比。1、步进电机的种类和结构（1）分类分类方式具体类型按力矩产生的原理1）反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。2）激磁式：定、转子均有激磁绕组，由电磁力矩实现步进运行按输出力矩大小1）伺服式：力矩小，只能驱动较小的负载2）功率式：输出力矩大，可直接驱动工作态等较大的负载。按定子数1）单定子式2）双定子式3）三定子式4）多定子式按各组绕组分布1）径向分相式：电机各相按圆周依

7、次排列2）轴向分向式：电机各相按轴向依次排列SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。2、反应式步进电机工作原理1）电机的转速取决于绕组与电源接通或断开的变化频率；2）电机的转动方向取决于绕组通电的顺序；3）电机转过的角度取决于通电的次数。4）电动机定子绕组每改变一次通电方式——称为一拍5）每输入一个脉冲信号，转子转过的角度——步距角αº上述通电方式称为：三相单三拍。（三相三拍）单——每次通电时，只有一相绕组通电；双——每次通电时，有两相绕组通电；三拍——经过三次切换绕组的通电状态为一个循环；除此之外的通电方式还有：三

8、相双三拍：AB—BC—CA—AB三相单双六拍：A—AB—B—BC—C—CA—A设步进电机的定子绕组有m相；转子齿数为Z齿；通电方式系数为k则每输入一个脉冲电信号，转子的步距角αº有：通电拍数相同时k=1；不同时k=2。步进电机的步距角越小，位置精度越高。由上式知道：磁极数越多，转子齿数越多，步距角就越