数控机床第4章 伺服驱动系统(2015-08)ppt课件.ppt

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1、【教学重点】本章主要介绍了机床数控系统中的伺服驱动系统的组成、工作原理等基本概念以及步进电动机驱动系统、直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统等内容。通过本章学习，熟悉步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机的结构特点和工作原理，重点掌握三环控制结构的伺服驱动系统的构成、工作原理与应用；典型的伺服驱动电路及系统连接等。了解伺服进给驱动运动参数设定作用与设定、进给运动误差补偿及新型直线电动机伺服驱动系统等基础知识。【教学重点】4.1伺服驱动系统概述4.2步进电动机伺服驱动系统4.3直流电动机伺服驱动系统4.4交流电动机伺服驱动系统4.5伺服驱动运动参数设定与运动误差的补

2、偿4.6新型直线电动机伺服驱动系统简介【教学课时】8课时周德卿2015.814.1.1伺服系统的基本概念1.伺服驱动系统定义伺服（Servo）驱动系统又称随动系统，是一种能够跟随控制指令信号的变化而动作的自动控制装置。在这里，机床运动机构如刀架和工作台等在伺服电动机经传动机械的驱动下，要绝对跟随并执行主人即计算机数控装置的指令，按所指定的进给位置与速度沿着零件轮廓曲线轨迹而运动，故称伺服驱动系统。就像人的手、足、腿四肢的“执行机构”一样，要听从大脑这个超级计算机“司令部”的命令指挥而动。图4-1示出了一个带机器人的8轴数控液压折弯机，其中机器人在计算机数控装置控制下

3、执行上下料的工作。而机器人的夹紧、放松、转动、伸缩等动作，均要求伺服电动机执行计算机命令，按既定轨迹运动。4.1伺服驱动系统概述图4-1带机械手的八轴数控折弯机周德卿2015.82伺服驱动系统在机床数控系统中的作用，如图1-2所示数控车床和加工中心(或铣床)的伺服系统是以机床工作台、刀架、主轴等移动部件的位置、速度、力矩作为控制量的自动控制系统，习惯上又称为进给伺服系统(FeedServoSystem)，是典型的随动控制系统。伺服驱动系统控制过程,接受来自数控装置CNC的零件轮廊插补进给指令的弱电信号，经伺服驱动器功率放大后驱动伺服电动机，并通过齿轮、滚珠丝杠或同步

4、带等传动机械，将电动机的旋转运动转化为各进给坐标轴及主轴的直线或旋转运动，从而带动机床工作台或刀架等作合成运动，即随数控计算机指令而动，以加工出预定的轮廊曲线零件。所以伺服系统是典型的随CNC而动的随动控制系统。伺服系统一般包括伺服控制器、伺服驱动器（功率放大器）、伺服电动机和位置、速度检测传感器。根据在数控机床上用途不同，常分为进给伺服系统和主轴伺服系统。数控机床的最高运动速度、定位精度、加工表面质量、生产率及可靠性等技术指标主要取决于伺服系统的动态和静态特性。周德卿2015.83图4-2数控机床伺服驱动系统的布置a)GSK980TDb数控车床伺服装置b)加工中心

5、(或铣床)伺服装置周德卿2015.842.伺服驱动系统不同用途的控制数控机床的伺服系统包括进给伺服系统和主轴伺服系统，数控机床对它们有不同的控制要求。①进给伺服系统---进给伺服系统通常是指完成零件轮廊插补切削加工运动的各坐标轴的进给控制，控制对象通常是以机床各坐标轴的位移，包括速度、方向、力矩和位置为控制目标的自动控制系统，用以保证刀具按要求的精度沿零件的加工轮廊轨迹运动，控制模式是恒力矩调节。②主轴驱动系统---常见主轴功能是控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。一般不参加插补，仅提供切削过程中的力矩和功率（故又称为主动力轴）。因此，主轴驱动系统一般是速度控制系统

6、，只要满足主轴调速、正反转与准停等控制即可，控制模式是恒功率调节。但是，当机床有刚性螺纹攻丝、主轴定位或定向准停(在0-360o范围内任意定位)要求时，就有了位置控制功能。特别是如果需要进行螺纹铣或轴类零件的表面铣削加工时，主轴的旋转速度与角度(位置)必须时刻与基本进给坐标轴保持同步，并参与基本坐标轴的插补控制，这种更高要求的主轴位置控制称为“Cs轮廓控制(CsContouringContro1)”，简称Cs控制。此时的主轴驱动系统才算是具有了伺服的功能，可称为伺服主轴。周德卿2015.853.伺服系统构成伺服驱动系统主要由伺服控制器、伺服放大器、执行元件（如伺服电

7、动机）、传动机械和检测反馈装置（位置、速度等传感器）五个部分构成，所构成的闭环伺服驱动系统的原理框图如图4-3所示。图中伺服控制器与伺服放大器一般合在一起，统称伺服驱动器或伺服单元。传动机械已在“机械设计基础”中讲述，本书不再涉及。其它读者可参考有关专业教课书。①伺服控制器---根据CNC轮廊插补指令位置信号对被控量(位置、速度、转矩)的目标控制值和实时反馈值进行比较、将其差值先放大再利用现代控制理论方法进行增益较正运算、如PID控制、自适应控制、模糊控制等。②伺服驱动器---根据控制器结果实现功率变换，把控制器的弱电信号变成具有足够大功率的强电信号，以驱动伺服