第6章数控机床伺服系统6.1概述.ppt

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1、第6章数控机床的伺服系统6.1概述一、伺服系统的组成数控机床的伺服系统按其功能可分为：进给伺服系统和主轴伺服系统。主轴伺服系统用于控制机床主轴的转动。进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，通常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执行部件组成。进给伺服系统的作用：接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。图6-1闭环进给伺服系统结构位置控制模块速度控制单元伺服电机工作台位置检测测量反馈伺服驱动装

2、置速度环速度检测位置环数控机床闭环进给系统的一般结构如图，这是一个双闭环系统，内环为速度环，外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。速度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控制系统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。1、调速范围宽2、快速响应和无超调3、高精度4、低速大转矩6.1.2对伺服系统的基本要求一、步进电机工作原理6.2步进电机及其驱动装置工作台驱动控制线路图6-2开环伺服系统简图指令脉冲步进电机齿轮箱反应式(磁阻式)三相步进电机.图6-3三相

3、反应式步进电机结构其转动的整个过程AABBCC1234AABBCC1234AABBCC1234逆时针转30º逆时针转30º逆时针转30º式中α—步进电机的步距角；,αs—步进电机的基本步距角；m—电机相数；Z—转子齿数；K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1；相邻两次通电相数不同，K＝2。同一相数的步进电机可有两种步距角，通常为1.2/0.6、1.5/0.75、1.8/0.9、3/1.5度等。步距误差是指步进电机运行时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。连续走若干步时，上述步距误差的累积值称为步距的累积误差。由于步进电机转过一转后，将重复上一转的稳定位置，即步进电机的步距累

4、积误差将以一转为周期重复出现。6.2.2步进电机的主要性能指标1.步距角和步距误差反应式步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿数的关系如下：(6-14)2.静态转矩与矩角特性图6-5静态矩角特性最大静转矩最大静转矩（保持转矩）：通电时能够维持静止状态的最大转矩。3.最大启动转矩MqbABC图6-6三相单三拍步进电机的启动转矩MbMqMaMθθa4.启动频率空载时，步进电机由静止状态突然起动，并进入不失步的正常运行的最高频率，称为启动频率或突跳频率，加给步进电机的指令脉冲频率如大于启动频率，就不能正常工作，可能发生丢步或堵转。步进电机在带负载（尤其是惯性负载）下的启动频率比空载

5、要低。而且，随着负载加大（在允许范围内），启动频率会进一步降低。5.连续运行频率步进电机起动后，其运行速度能根据指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率，称为连续运行频率。其值远大于启动频率，它也随着电机所带负载的性质和大小而异，与驱动电源也有很大关系。6.矩频特性与动态转矩矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系（见图6-8），该特性上每一个频率对应的转矩称为动态转矩。当步进电机正常运行时，若输入脉冲频率逐渐增加，则电动机所能带动负载转矩将逐渐下降。在使用时，一定要考虑动态转矩随连续运行频率的上升而下降的特点。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成

6、一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。图6-7矩频特性fM6.2.3步进电机功率驱动电路步进电机驱动线路完成由弱电到强电的转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号。驱动控制电路由环形分配器和功率放大器组成。JAKAJBKBJCKCSA相B相C相RRCP指令脉冲置零正反环形分配器是用于控制步进电机的通电方式的，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按照一定的顺序和分配方式加到功率放大器上，控制各相绕组的通电、断电。序号ABC方向11002110301040115001610

7、1反转正转表6-1三相六拍环形分配器真值表功率放大器的作用是将环形分配器发出的电平信号放大至几安培到几十安培的电流送至步进电机各绕组，每一相绕组分别有一组功率放大电路。以下介绍三种典型的驱动电路：单电压简单驱动、高低压驱动和恒流斩波驱动。前置放大输入VRcRdVDRaUC图6-9单电压驱动电路原理图it图6-10单电压驱动电流波形单稳延时前置放大前置放大U1＋80V＋12VU2VD2VD1R1R2Lt1t2V1V2图6-11高低压驱动电路原理图图6-12高