數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹(ppt 28頁).ppt

1、數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,第五章 數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),概述 開環(huán)步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 閉環(huán)伺服控制原理與系統(tǒng) CNC伺服系統(tǒng),數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,5-1 概述,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接收數(shù)控單元的位移/速度控制指令,驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)/主軸按照控制指令的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直接影響移動(dòng)速度、跟蹤精度、定位精度等一系列重要指標(biāo)，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)。,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng),數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,一、數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成,注: 開環(huán)、閉環(huán)、CNC（比較由軟件實(shí)現(xiàn)）,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大

2、機(jī)電學(xué)院,二、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能,1. 進(jìn)給速度調(diào)速范圍大：5mm/min，10m/min 2. 位移精度要高：全程積累誤差5m，與脈沖當(dāng)量有關(guān)，； 3.跟隨誤差要小：閉環(huán)自控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要好； 4.伺服系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性要好：抗干擾能力強(qiáng)，速度均勻、平穩(wěn)，粗糙度低，過載46倍，低速爬行工作可靠，抗干擾性強(qiáng)；,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,三、數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類,按用途和功能分 按控制原理和有無檢測(cè)分 按執(zhí)行元件和動(dòng)作原理分 按控制方式分,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,1. 按用途和功能分,進(jìn)給驅(qū)動(dòng)：轉(zhuǎn)距大小,調(diào)速范圍,調(diào)節(jié)精度,動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度等； 主軸驅(qū)動(dòng)：足夠的功率,寬的恒

3、功率調(diào)節(jié)范圍，速度調(diào)節(jié)范圍；,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,2. 按控制原理和有無檢測(cè)分,開環(huán)：無檢測(cè),經(jīng)濟(jì)型數(shù)控和老設(shè)備改造 閉環(huán)：半閉環(huán)（檢測(cè)絲杠轉(zhuǎn)角）和全閉環(huán)（檢測(cè)工作臺(tái)直線位移）,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,3. 按執(zhí)行元件和動(dòng)作原理分,電液伺服驅(qū)動(dòng)：由電液伺服閥、低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)或液壓缸，位置檢測(cè)等元件組成 電氣伺服驅(qū)動(dòng)：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)（頻繁起動(dòng)，制動(dòng)，快速定位等優(yōu)點(diǎn)，但有電刷，需要維護(hù)），交流伺服電機(jī)（易于維護(hù)，制造簡(jiǎn)單）,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,4. 按控制方式分,模擬伺服方式 數(shù)字伺服方式,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,5-2 開環(huán)步進(jìn)

4、式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī) 開環(huán)，無檢測(cè)裝置 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易調(diào)整 控制精度低，速度受到限制。,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,一、步進(jìn)電機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)及工作原理,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,1. 步進(jìn)電機(jī)的種類,按產(chǎn)生力矩原理分：反應(yīng)式、激磁式 按輸出力矩大小分：伺服式、功率式 按定子數(shù)：?jiǎn)味ㄗ?、雙定子、三定子、多定子 按各相繞阻分布：徑向分相式、軸向分相式,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,2. 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu),數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,3. 步進(jìn)電機(jī)的工作原理,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,基本結(jié)論,步進(jìn)電機(jī)定子繞阻通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)

5、固定的角度，即電機(jī)的步距角； 改變步進(jìn)電機(jī)定子繞阻的通電順序，其轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變; 步進(jìn)電機(jī)定子繞阻通電狀態(tài)變化的頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高; 步距角與定子繞阻相數(shù)m、轉(zhuǎn)子齒數(shù)z、通電方式k有關(guān)。,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,4. 步進(jìn)電機(jī)的主要特征,步距角 ： 0.5 3，決定控制精度，是決定步進(jìn)式伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù) 距角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)距Mjmax和啟動(dòng)轉(zhuǎn)距Mq 啟動(dòng)頻率fq ：空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率 連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率：保證不丟步運(yùn)行的極限頻率 加減速特性：描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中

6、，定子繞阻通電狀態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系。,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,二、步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理,系統(tǒng)由 “步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路” + “步進(jìn)電機(jī)” 組成，對(duì)工作臺(tái)位移、速度和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,1. 工作臺(tái)位移的控制 進(jìn)給脈沖個(gè)數(shù)N定子繞阻通電狀態(tài)改變次數(shù)N角位移 =N工作臺(tái)位移 L=t/360 2. 工作臺(tái)進(jìn)給速度的控制 進(jìn)給脈沖頻率f定子繞阻通斷電狀態(tài)變化頻率f步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速工作臺(tái)進(jìn)給速度v 3. 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的控制 定子繞阻通電順序改變工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向改變,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)（控制）線路,功能：將一定頻率f、

7、數(shù)量N和方向的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)定子各相繞阻通斷電狀態(tài)變化的頻率、次數(shù)和順序的功率信號(hào),數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,1. 脈沖混合電路 將脈沖進(jìn)給、手動(dòng)進(jìn)給、手動(dòng)回原點(diǎn)、誤差補(bǔ)償?shù)然旌蠟檎蚧蜇?fù)向脈沖進(jìn)給信號(hào) 2. 加減脈沖分配電路 將同時(shí)存在正向或負(fù)向脈沖合成為單一方向的進(jìn)給脈沖,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,3. 加減速電路 將單一方向的進(jìn)給脈沖調(diào)整為符合步進(jìn)電機(jī)加減速特性的脈沖，頻率的變化要平穩(wěn)，加減速具有一定的時(shí)間常數(shù)。,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,4. 環(huán)形分配器 將來自加減速電路的一系列進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)定子繞阻通、斷電的電平信號(hào)，電平信號(hào)狀態(tài)

8、的改變次數(shù)及順序與進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)及方向?qū)?yīng)。 5. 功率放大器 將環(huán)形分配器輸出的mA級(jí)電流進(jìn)行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器組成。,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,四、提高步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度的措施,影響步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度的因素： 步進(jìn)電機(jī)； 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)幅； 由于受工藝和結(jié)構(gòu)的限制，常常從控制線路采取措施,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,1. 細(xì)分電路 把步進(jìn)電機(jī)的一步分得再細(xì)一些，減小脈沖當(dāng)量 2. 齒隙補(bǔ)償（反向間隙補(bǔ)償） 原因：機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變方向時(shí)，由于間隙的存在，會(huì)引起步進(jìn)電機(jī)的空走； 補(bǔ)償原理：對(duì)實(shí)際間隙進(jìn)行實(shí)測(cè)并保存，當(dāng)工作臺(tái)換向時(shí)增加輸出脈沖進(jìn)行補(bǔ)償。,數(shù)控機(jī)床原理與系統(tǒng),西工大機(jī)電學(xué)院,3. 螺距誤