数控机床的伺服驱动系统.ppt

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1、第7章数控机床的伺服驱动系统1主要内容7.1概述7.2步进电机及其驱动控制系统7.3直流伺服电机及其速度控制7.4交流伺服电机及其速度控制系统7.5直线电机及其在数控机床中的应用简介7.6位置控制27.1概述7.1.1进给伺服系统的定义及组成定义：伺服系统是以机械位置或角度作为控制量的自动控制系统。又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元，是实现切削刀具与工件间运动的进给驱动和执行机构。作用：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。功能：接收来自CNC装置（插补装置或插补软件）的进给指令脉冲，经过信号变换及电压、功率放大

2、，驱动各坐标轴按指令脉冲运动，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。37.1.1进给伺服系统的定义及组成进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说C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。47.1.1进给伺服系统的定义及组成数控机床伺服驱动系统的基本组成由比较环节、驱动控制装置、检测反馈装置和执行元件四部分组成5伺服系统（ServoSystem)CNC系统驱动电机检测装置控制

3、信号反馈信号光栅尺伺服驱动系统678比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。控制器通常是计算机CNC或PLC控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。9伺服驱动元件又称为执行电机，在输入电信号之前，转子静止不动；电信号到来之后，转子立即转动，且转向、转速随电信号的方向和大小而改变，同时带动一定的负载运动；电信号一旦

4、消失，转子立即自行停转。10驱动电机：是进给系统的动力部件，它提供执行部分运动所需的动力，在数控机床上常用的电机有：步进电机直流伺服电机交流伺服电机直线电机。检测装置：在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制,对驱动装置进行控制。常用的检测装置有：感应同步器、旋转变压器、光栅、脉冲编码器等。11进给驱动系统用途和功能主轴驱动系统电液伺服系统驱动元件的类型直流伺服驱动系统电气驱动系统交流伺服驱动系统开环系统控制原理半闭环系统闭环系统7.1.2伺服驱动系统的分类伺服系统的分类方法很多，常见的分类方法有以下三种。步

5、进电机伺服驱动系统12主要内容开环控制(Open-LoopServo-Drive)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按控制原理分类采用步进电机作为驱动元件；无位置反馈，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度；结构简单、调试维修方便，工作稳定、设备投资低，一般用于精度和速度要求不高、驱动力矩不大的经济型数控机床。13步进电机步进电机14半闭环控制(Half-Closed-LoopServo-Drive)速度控制电路工作台伺服电机位置比较电路指令脉冲速度反馈位置反馈检测元件半闭环数控

6、系统的位置采样点是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。按控制原理分类15半闭环数控系统半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。16交流伺服电机17主要内容闭环控制(Closed-LoopServo-Drive)位置采样点直

7、接对运动部件的实际位置进行检测。位置反馈速度控制电路工作台伺服电机位置比较电路指令脉冲速度反馈按控制原理分类18从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。闭环控制(Closed-LoopServo-Drive)19光栅尺光栅尺20（1）步进电机伺服驱动系统。步进电机将进给指令信号变换为具有一定方向、大小和速度的机械

8、角位移，通过齿轮和丝杠螺