数控机床伺服驱动系统ppt课件.ppt

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1、4.3数控机床的伺服驱动系统伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，而在数控机床中，伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统，它由执行组件（如步进电机、交直流电动机等）和相应的控制电路组成，包括主驱动和进给驱动。伺服系统接收来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有的带动刀架，通过几个坐标轴的综合联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出所要求的复杂形状工件。4.3.1伺服系统的性能由于各种数控机床所完成的加工任务

2、不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面。调速范围宽要求伺服电动机有很宽的调速范围和优良的调速特性，不仅要满足低速切削的要求，如5mm／min，还要能满足高速进给的要求，如1000mm／min，甚至更大的范围。快速响应并无超调位置伺服系统要有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。这就对伺服系统的动态性能提出两方面的要求。一般要求电机速度由零到最大，或从最大减少到零，时间应控制在200ms以下，甚至少于几十ms，且速度变化时不应有超调。另一方面当负载突变时，过渡过

3、程前沿要陡，恢复时间要短，且无震荡，这样才能得到光滑的加工表面。高精度为了满足数控加工精度的要求，关键是保证数控机床的定位精度和进给跟踪精度。位置伺服系统的定位精度一般要求能达到0.01～0.001mm，高的可达到0.1μm。相应地，对伺服系统的分辨率也提出了要求。当伺服系统接受CNC送来的一个脉冲时，工作台相应移动的单位距离叫分辨率。目前的闭环伺服系统都能达到1μm的分辨率。高精度数控机床也可达到0.1μm的分辨率，甚至更小。低速大转矩机床在低速切削时，切深和进给都较大。现代数控机床通常是伺服电动

4、机与丝杠直连，没有降速齿轮，这就要求主轴电动机输出较大转矩，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。较高的工作稳定性伺服系统的工作稳定性要好，并具有较强的抗干扰的能力，保证进给速度均匀、平稳，才能加工出高表面质量的零件。较强的过载能力由于电动机加减速时要求有很快的响应速度，而使电动机可能在过载条件下工作。这就要求电动机有较强的抗过载能力。通常要求在数分钟内过载4～6倍而不损坏。4.3.2伺服系统的执行组件伺服系统的执行组件主要有功率步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机等。其作用是将电控信号的变化，

5、转换成电动机输出轴的角速度和角位移的变化，从而带动机床的机械部件作相应的进给运动。伺服系统对执行组件的基本要求是：（1）控制简单，并具有较宽的调速范围；（2）动作迅速，时间常数小；（3）具有稳定的机械特性；（4）工作可靠，无自转现象（当输入信号为零时，伺服电动机应立即停止转动）。4.3.2.1步进电动机普通电动机是连续运转的。步进电动机是在外加电脉冲信号的作用下一步一步的运转，正因为它的运动形式是步进式的，故称为步进电动机。步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移或线位移的电磁装置。由于步进电动

6、机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电机绕组的通电顺序，便可获得所需的转角、转速和转动方向。无脉冲输入时，在绕组电源的激励下，气隙磁场使转子保持原有的位置处于定位状态。步进电机具有独特的优点，作为伺服电动机应用于控制系统时，可以使系统简化、工作可靠，而且可获得较高的控制精度。因而在工业上大量用作状态伺服组件、状态指示组件、位置控制和速度控制组件。（1）步进电动机的分类按工作原理激磁式定子和转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动反应式转子无绕组

7、，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转子转动混合式与反应式的主要区别是转子上置有磁钢按输出转矩大小快速步进电机输出扭矩一般为0.07～4Nm功率步进电机输出扭矩一般为5～40Nm按定子排列方式多段式（轴向式）定子各相按轴向依次排列单段式（径向式）定子各相在圆周依次排列按励磁相数不同分为三相、四相、五相、六相等。相数越多步距角越小，但结构越复杂。（2）步进电动机的工作原理图4-18所示为数控机床中广泛应用的反应式步进电动机工作原理示意图。当U、V、W三对磁极的绕组依次轮流通直流电，依次轮流产生磁场吸引转子

8、转动。U相↓→转子1、3两齿被磁极U吸引，如图（a）。定子六个磁极激磁线圈每两个相对的磁极为一相，有U、V、W三相转子——带等距齿的铁心U相↑，V相↓→磁场吸引最近的2、4齿，转子逆时针转了30°，如图（b）。V相↑，W相↓→磁场吸引最近的1、3齿，转子逆时针又转了30°，如图（c）。这样按U-V-W-U-V-W的次序通电，步进电机就一步一步地按逆时针方向转动30°。步进电机每步转过的角度称为“步距角”。如果通电相序改为U-W-V-U-W-V，步进电动机将按顺时针方向