数控技术及应用第6章-数控机床的电气驱动-进给伺服电机.ppt

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1、进给伺服电动机第6章数控机床的电气驱动进给伺服电动机一、进给伺服电动机的负载计算数控机床进给系统的伺服电机是根据负载条件来进行选择的。加在电机轴上的负载有两种：负载转矩和负载惯量。负载转矩包括切削转矩和摩擦转矩。进给伺服电动机的负载计算1、负载转矩计算进给伺服电动机的负载计算计算负载转矩，应充分考虑的问题：（1）由于镶条、压板面所产生的摩擦转矩必须充分考虑。通常，根据滑块的重量和摩擦系数计算的转矩很小，但是必须考虑由于镶条、压板面和导轨表面因摩擦力所产生的摩擦转矩。（2）由于轴承和滚珠丝杠螺母的预加负载和预紧力作用，滚动接触表面的摩擦转矩都不能忽略。（3）摩擦转矩受进给速率的影响。

2、（4）摩擦转矩随调整情况、环境温度和润滑条件而变化。进给伺服电动机的负载计算2、进给伺服电动机惯量与负载惯量的匹配在设计数控机床进给系统时，给定最大快速移动速度的前提下，系统惯量尽可能减小，这要求选择合适电机和进行优化设计。电机惯量与负载惯量应该与快速移动速度想适应。进给伺服电动机的负载计算2、进给伺服电动机惯量与负载惯量的匹配电机惯量与负载惯量匹配应该考虑下述因素：（1）加速转矩等于加速度乘以总惯量（电动机惯量+负载惯量），即Ma=aJ。电机惯量与负载惯量匹配就要考虑加速时间、加速转矩和总惯量之间关系。（2）数控机床进给系统是由伺服电机通过齿轮副和滚珠丝杠带动工作台和工件做往复直

3、线运动。由伺服系统产生的Ma一部分被负载惯量吸收（Ma1=aJ1），另一部分被电动机转子吸收，其值为Mam=aJ1m,即：Ma=Ma1+Mam必须保证负载转矩小于等于额定转矩。选择伺服电动机的条件选择伺服电动机应满足下述条件：（1）根据负载转矩选择电机。负载转矩应等于或者小于电动机额定转矩。（2）负载转矩加上加速转矩应等于所选电机的最大转矩。（3）加速转矩应考虑负载惯量和电动机惯量的匹配。同时还要考虑加速时间在允许的范围内。（4）加速转矩应等于最大转矩减去负载转矩。在空载时，加速转矩应等于最大转矩减去摩擦转矩，其差值等于全部惯量（电动机惯量+负载惯量）乘以加速度。二、直流伺服电机驱

4、动系统1.直流伺服电机的类型按电枢的结构和形状分：平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢型等。按定子磁场产生方式分：永磁式和他励式。按转子转动惯量大小分：大惯量、中惯量和小惯量伺服电机直流进给伺服系统：永磁式直流电机类型中的有槽电枢永磁直流电机（普通型）；直流主轴伺服系统：励磁式直流电机类型中的他激直流电机。二、直流伺服电机驱动系统2.直流伺服电机的结构（1）定子：产生定子磁极磁场。（2）转子：表面嵌有线圈，通直流电时，在定子磁场作用下产生带负载旋转的电磁转矩。（3）电刷与换向片：为使产生的电磁转矩保持恒定的方向，保证转子能沿着固定方向均匀地连续旋转，将电刷与外加直流电源连接，换向片与电

5、枢线圈连接。大惯量直流伺服电机的结构如下图所示：优点：1.能承受的峰值电流和过载倍数高。2.具有较大的转矩/惯量比。3.低速时输出的转矩大,转动惯量比较大。4.调速范围大,基本在1:1000以上。5.转子的热容量大,电机的过载性能好。6.具有高精度的检测元件。缺点：转子温度高;“里翻外”。目前用的最多的是永久磁铁励磁的永磁式直流电动机。永磁式宽调速直流电动机的特点：1.高性能的铁氧体具有大的矫顽力和足够的厚度，能承受高的峰值电流，以满足快的加减速要求；2.大惯量结构使其具有打的热容量，可以允许较长的过载工作时间；3.低速高转矩特性和大惯量结构，使其可以与机床进给丝杠直接连接；4.通

6、过仔细选择电刷材料和精心设计磁场分布，可以使其在较大加速度下仍具有良好的换相性能；5.绝缘等级高，从而保证电动机在往复过载的情况下仍有较长的寿命；6.在电动机轴上装有速度和位置检测器件，可以得到精密的速度和位置检测信号，因此可以实现速度和位置的闭环控制。永磁式宽调速直流电动机的缺点：1、控制不如步进电机简单，快速响应性能也不如小惯量电动机；2、由于转子采用了良好的绝缘，耐温可达150℃~200℃，在如此高温下，热量会通过转轴传到丝杠，导致丝杠热变形，影响传动精度。3、电刷易磨损，需要维修和保养。3.直流伺服电机的工作原理（1）永磁式直流电机工作原理直流电压加在A、B两电刷之间，电流

7、从A流入，从B流出，导体ab和cd受到逆时针方向作用力，转子在逆时针方向地电磁转矩作用下旋转。当电枢转过90°，电枢线圈处于磁极的中性面，电刷与换向片断开，无电磁转矩作用。在惯性作用下，电枢继续转动一个角度，当电刷与换向片再次接触时，导体ab和cd交换了位置，ab和cd中的电流也发生改变，从而保证电枢受到的电磁转矩方向不变，因此，电枢可以连续转动。（2）他励式直流电机工作原理定子上有磁励绕组和补偿绕组，转子绕组通过电刷供电。转子磁场与定子磁场始终正交，产生转矩，转子旋