第05章数控机床的伺服驱动系统ppt课件.ppt

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1、第5章数控机床的伺服驱动5.1伺服驱动系统概述5.2开环步进式伺服驱动系统5.3闭环伺服驱动系统习题5.1伺服驱动系统概述伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给脉冲指令，经变换和放大后驱动执行元件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。数控机床伺服系统主要有两种：一种是进给伺服系统，它控制机床各坐标轴的切削进给运动，以直线运动为主；另一种是主轴伺服系统，它控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。本章只介绍第一种伺服系统。进

2、给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说数控装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的性能，它直接影响机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等。伺服系统的控制方法主要分为开环、闭环和半闭环三种控制方法。它实际上是指伺服系统实现位置伺服控制的三种方式。5.1.1数控机床对伺服系统的性能要求进给速度范围要大，能满足低速切削和高速切削的需要。例如：低速进给要求5mm/min，高速进给要求24m/m

3、in。位移精度要高。包括定位精度和轮廓加工精度。位移精度：指令脉冲要求工作台进给的位移量与工作台的实际位移量之间的符合程度（误差）。脉冲当量越小，位移精度越高！跟随误差要小。即响应速度要快，跟踪精度高。工作稳定性要好。具有抗干扰能力，运行平稳，加工精度较高。5.1.2伺服系统的基本组成（1）开环控制系统：只有从发出的位置指令输入到最后的位置输出的前向通道控制，而没有测量实际位置输出的反馈通道。电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大（2）半闭环控制系统：如果在电动机轴或丝杆上安装一个旋转变压器反馈转角的变化，则系统变成了半闭环

4、系统。这样，与开环系统相比，半闭环系统，提高了精度，但它检测的反馈信号来自于系统中某一个非最终输出的环节，使得系统无法对这一环节到最终控制目标之间的误差自动进行补偿。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈（3）闭环控制系统：在前向控制通道的基础上在加上直接检测最终输出的反馈控制通道就形成了闭环控制的伺服系统。检测元件通常为直线感应同步器和光栅等直线行位检元件，安装在最终的移动目标工作台上。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令

5、实际位置反馈实际速度反馈这几种类型的控制系统的基本组成不完全相同，但不管是哪种类型，执行元件及其驱动控制单元都必不可少。驱动控制单元接收进给指令，并转化为驱动执行元件所需的信号形式，执行元件则将接收到的信号转化为相应的机械位移。开环系统的组成：驱动控制单元、执行元件（步进电机）、机床。闭环系统的组成：驱动控制单元、执行元件（交直流伺服电机、步进电机）、检测反馈元件、比较控制环节、机床。参见教材P183图5-15.1.3伺服系统的分类（1）按功能用途分：进给驱动和主轴驱动（2）按伺服控制方式分：开环、闭环和半闭环（3）按执行元件分：电液伺服驱动和电气伺服驱动（直流伺服和交流伺服）5.2开环

6、步进式伺服驱动系统开环伺服系统不设位置检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程。其典型代表是步进电动机开环进给伺服系统，如下图所示。上图中，执行元件是步进电机。步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的驱动元件。给一个电脉冲信号，步进电动机就回转一个固定的角度，称为一步，所以称为步进电机。由于它输入的是脉冲电流，也称为脉冲电机。步进电动机具有精度高，惯性小的特点，对各种干扰因素不敏感，误差不会长期积累，转过360°以后其积累误差为0。它主要用于开环控制系统。在开环数控系统中，数控装置发出指令脉冲通过环形分配器和功率放

7、大器驱动步进电动机，每发出一个指令脉冲，步进电动机就转过一个角度，此角度叫做步进电动机的步距角。步进电动机通过齿轮箱、滚珠丝杠驱动工作台运动，其运动的位移量与指令脉冲数成正比，运动速度与脉冲的频率成正比。电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大5.2.1步进电机的种类和结构（1）步进电机的种类步进电机的分类方式很多，例如按照力矩产生的原理、输出力矩的大小、定子和转子的数量