数控机床的进给伺服系统.ppt

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1、第六章数控机床的进给伺服系统6.1概述6.1.1伺服系统的组成组成：伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件。作用：接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号→由伺服驱动电路作一定的转换和放大后→经伺服驱动装置(直流、交流伺服电机、电液脉冲马达、功率步进电机、电液伺服阀—液压马达等)→机械传动机构→驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。数控进给伺服系统的性能，取决于组成它的伺服驱动系统与机械传动机构中各环节的特性，也取决于系统中各环节性能参数的合理匹配。数控进给伺服系统是一个位置控制系统。6.1.2数控机床对伺服系统的要求准确、可靠地执行指令调速范围宽

2、-----10000：1以上，且稳定性好带负载能力强------负载特性硬；足够大的加（减）速力矩动态响应快-----快速跟随指令脉冲，可频繁起、停、反向；尽快消除负载扰动误差无累积位置精度高返回下一页上一页6.2步进电动机伺服系统CNC步进电机伺服驱动电路工作台结构简单特点：适用于速度不高及精度较低场合可采用细分驱动技术提高定位精度及低速特性6.2.1步进电机的结构及工作原理1.定义步进电机亦称脉冲电机（控制电机），是把电脉冲信号转换为相应的角位移（或线位移）的电—机械装置，是一种输出与输入的数字脉冲对应的增量驱动元件。2.分类永磁式按工作原理分反应式工作原理不同，结构不同永

3、磁感应式混合式♣按励磁相数分：3相、4相、5相、6相等快速步进电机♣按功率分：功率步进电机3.反应式步进电机的结构步进电机由转子和定子两部分组成定子上有绕组分为若干相，每相磁极上有极齿。左图为三相定子：AA’,BB’,CC’A、B、C三相每相两极，每极上五个齿1)定子五个极齿定子上线圈的绕法下一页上一页返回2)转子转子上有均匀分布的齿，没有绕组。转子齿间夹角为9o左图为一转子示意图：下一页上一页返回下一页上一页步进电机返回步进电机功率驱动器下一页上一页返回下一页上一页步进电机功率驱动器返回5.工作原理三拍通电激磁，步距角θs==3o一般θs=m——绕组相数；Z——转子齿数。六拍

4、通电激磁，步距角θs==1.5o下一页上一页返回定子绕组通断电顺序→转子转向定子绕组通断电转换频率→转子转速定子绕组通断电次数→转子转角三相单三拍A→B→C→A（K=1）三相双三拍AB→BC→CA→AB（K=1）三相六拍A→AB→B→BC→C→CA→A（K=2）通断电方式下一页上一页6.步进电机的主要特征a.步距误差不积累，转一圈后，步距误差为0步进电机有两个特点：b.转速与脉冲频率f成正比1）静态距角特征定义：静态时（步进电机某相绕组通电时，转子处于不动状态），电磁转矩T与失调角θ之间的关系，即T＝f(θ)当某相绕组通电时有，转子无力矩输出，加一负载力矩TL。转子瞬时针转过一

5、个角度θ，当T＝TL时平衡。θ（失调角）经大量的实验，步进电机绕组的矩角特性为正弦曲线。静态距角特性的物理意义：在静态下，转子受TL作用θ≠0，但只要θ≠±π时，当TL撤除后，在电磁力矩的作用下，转子必然回到其稳态平衡点0。一般，步进电机各相绕组的距角特性必须大致相同，否则会引起低频振动使精度下降。常采用调整相电流的方法，使距角特性大致相同。2）启动频率定义：步进电机在带载状态下，能够不失步启动的最高频率fst。一般空载启动频率比带载高。一般在fst下的最大转矩称为启动转矩Tq，设计中Tq≥TL。在步进电机产品说明书中给定了Tmax，可以通过上表查出Tq，反过来核算其带载的能力

6、。从下图可以看出θs减小两绕组距角特性之交点Tq增大。0.8660.8660.9510.8090.7070.7070.8660.5Tq/Tmax1261058463拍数6543相数反应式步进电机启动转矩3）最高工作频率步进电机工作频率连续上升时，电动机不失步运行的最高频率称为最高工作频率。它的值也和负载有关。很显然，在同样负载下，最高工作频率远大于己于启动频率.在连续运行状态下，步进电机的电磁力矩随频率的升高而急剧下降，这两者的关系称为矩频特性.4）矩频特性4)步距角（θ）及步距误差步距角是两个相临脉冲时间内转子转过的角度,一般来说步距角越小,控制越精确。步距误差直接影响执行部

7、件的定位精度.步进电动机单相通电时,步距误差取决于定子和转子的分齿精度,和各相定子错位角度的精度。多相通电时,其不仅与上述因素有关,还和各相电流大小,磁路性能有关。返回下一页上一页（2）稳态即步进电机的换相频率为恒定的情况，即换相频率较宽，是从0～fmax之间，在这个频率范围中分为三个区。a.低频区即低于共振区间，在这个频率范围内，步进电机转子转一步的时间周期比换相周期短。转子每一步表现为衰减振动，最后稳定于平衡位置，转子从0增大到amax启动，然后以衰减振动形成停在新的平衡位置；引起步进电