《機床數(shù)控技術(shù) 第4版》課件 第7章 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

機床數(shù)控技術(shù)2第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)7.4直流伺服電動機控制系統(tǒng)7.3交流伺服電動機控制系統(tǒng)7.2步進(jìn)電動機控制系統(tǒng)7.1概述第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

機床伺服系統(tǒng)接受來自數(shù)控裝置的指令，控制伺服電動機驅(qū)動機床的各運動部件，按指定的速度與目標(biāo)位置運行，達(dá)到工件加工所需要的外形與尺寸。4第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)7.1概述電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令伺服驅(qū)動功率放大位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋開環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)5第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)7.1概述位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋全閉環(huán)系統(tǒng)6第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)7.2步進(jìn)電動機控制系統(tǒng)步進(jìn)電動機又稱電脈沖馬達(dá)。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。步距角

輸入一個電脈沖

電機就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)角度。轉(zhuǎn)子的角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)量及其頻率成正比。7第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)（一）步進(jìn)電動機的工作原理B

假設(shè)三相電源供電，定子內(nèi)圓周均勻分布著六個磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩個相對的繞組組成一相，采用Y連接，假設(shè)轉(zhuǎn)子有四個齒。ACIAIBIC定子轉(zhuǎn)子8第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產(chǎn)生切向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

現(xiàn)以ABCA的通電順序，使三相繞組輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運動情況。BCIAIBIC9第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)1.三相單三拍運行方式CA'BB'C'A3412

A相繞組通電，B、C相不通電。氣隙產(chǎn)生以A-A為軸線的磁場，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過，故電動機轉(zhuǎn)子受到一個反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與A、A′極對齊。

“三相”指三相步進(jìn)電機；“單”指每次只能一相繞組通電；“三拍”指通電三次完成一個通電循環(huán)。10第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)CA'BB'C'A3412

同理，B相通電時，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過30

角，2、4齒和B、B′磁極軸線對齊；當(dāng)C相通電時，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過30

角，1、3齒和C′、C磁極軸線對齊。1C'342CA'BB'A11第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。

按ABCA……的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動起來。每一拍轉(zhuǎn)過30°(步距角)，每個通電循環(huán)周期(3拍)磁場在空間旋轉(zhuǎn)了360°而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90°(一個齒距角)。12第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)CA'BB'C'A3412

A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與A、A'對齊。2.三相六拍運行方式

按AABBBCCCA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)CA'BB'C'A3412A、A'磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15

，到達(dá)左圖所示位置。

A、B相同時通電，第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒與B、B′對齊,又轉(zhuǎn)過15

。第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)3412CA'BB'C'AB、C相同時通電，C'、C磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15

。第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機的一個通電循環(huán)周期如下：AABBBCCCA，每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15（步距角），一個通電循環(huán)周期(6拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。

與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進(jìn)角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A34123412CA'BB'C'A第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)AB通電CA'BB'C'A3412BC通電3412CA'BB'C'ACA通電CA'BB'C'A3412

與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動時每個通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30(步距角)，一個通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。3.三相雙三拍運行方式

按ABBCCA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時通電。第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)A

B

C

D4.四相通電的情景（1）單四拍通電（2）雙四拍通電AB

BC

CD

DA（3）四相八拍通電A

AB

B

BC

C

CD

D

DA第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

從以上對三相步進(jìn)電動機三種驅(qū)動方式的分析可得步距角計算公式：

—步距角Z—轉(zhuǎn)子齒數(shù)K—每個通電循環(huán)周期的拍數(shù)m—給電的相數(shù)第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

步進(jìn)電機由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，下圖中三相定子A、B、C，三相每相兩極：AA’,BB’,CC’，每極上5個齒。齒距角9度

為了獲得小步距角，電機的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

定子上線圈的繞法

轉(zhuǎn)子（40齒）

齒距角9度第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)A相

B相C相定子轉(zhuǎn)子定子轉(zhuǎn)子定子轉(zhuǎn)子B相C相第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

由于交流電動機可變速驅(qū)動系統(tǒng)控制的數(shù)字化，使得交流電動機的驅(qū)動大范圍平滑調(diào)速成為現(xiàn)實，且其具有結(jié)構(gòu)簡單，容易維護(hù)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，可經(jīng)受高速運轉(zhuǎn)等優(yōu)點。7.3交流伺服電動機控制系統(tǒng)第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)7.3交流伺服電動機控制系統(tǒng)交流伺服電動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)Nsnsnr

θ

SsSNf:電源頻率p:定子磁極對數(shù)交流伺服電動機的定子繞組在接通三相交流電或兩相交流電，產(chǎn)生圓形或近似橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(Ns,Ss)以同步轉(zhuǎn)速ns旋轉(zhuǎn)。第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)交流伺服電機的優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、成本低較硬的機械特性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小`機械特性：轉(zhuǎn)速受負(fù)載影響的程度第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)交流伺服電動機驅(qū)動系統(tǒng)實例上海開通數(shù)控KT220系統(tǒng)第七章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)7.4直流伺服電動機控制系統(tǒng)RdIdIdFUaEdΦUd=E