数控机床主轴驱动变频控制.docxVIP

 PAGE \* MERGEFORMAT 10 目录 一、绪论3 （一）、课题应用背景及意义3 （二）、数控机床对主轴驱动变频系统的要求3 1、调速范围3 2、速度控制精度和加减速性能3 3、精确的准停功能和角度分度控制3 （三）、现代数控机床主轴驱动变频系统的控制策略4 1、恒压频比控制与转差频率控制4 2、变频定向控制4 3、直接转矩控制4 二、数控机床主轴驱动变频控制系统软硬件平台5 （一）、系统的硬件体系结构5 1、功率电路部分5 2、控制电路部分6 （二）、系统硬件的可靠性设计6 1、完善的故障保护功能6 2、输入输出信号处理6 3、地线处理6 （三）、系统主要控制算法实现6 1、电流调节器的设计7 2、转子变频角度计算7 三、实验结果分析、总结及展望8 （一）、仿真和实验波形及分析8 1、仿真波形8 2、实验波形8 （二）、全文总结及展望9 内 容 摘 要 本文开始对数控机床主轴驱动变频控制的背景和意义以及要求进行分析，再对软硬件的要求进行分析，最后对仿真实验的结果进行分析，最后得出结论。本文立意明确，观点独到，希望可以对从事数控机床的人员给予一定的帮助。 关键词： 数控 机床 主轴 数控机床主轴驱动变频控制 一、绪论 （一）、课题应用背景及意义 装备制造业是为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性产业，是整个制造业的基础，其水平决定了国民经济发展的水平。数控技术是现代机床装备制造业的核心，是制造自动化设备的关键。数控机床主要由数控系统(CNC)、伺服系统、检测系统及机床本体组成。数控系统是数控机床的核心，它根据加工工艺要求完成插补运算，发出各种控制指令。伺服系统是数控机床的驱动变频装置，它接受数控系统发出的各种指令，驱动变频机床执行机构完成指定的运动。伺服系统包括主轴伺服驱动变频系统和进给伺服驱动变频系统。进给伺服驱动变频系统完成数控机床各坐标轴的进给运动；主轴伺服驱动变频系统完成主轴的旋转运动，包括主轴的速度控制、主轴与进给驱动变频的同步控制、准停控制和角度分度控制，是数控机床核心关键部件之一，其产品质量和性能的好坏直接影响到我国数控产品和国外产品的竞争能力。目前，我国的伺服驱动变频系统和主轴伺服驱动变频系统在产品性能、产品质量和结构工艺方面和国外名牌系统仍存在较大的差距，在用户的心目中还未建立起足够的信誉。在数控机床上，高性能数字数控机床主轴驱动变频系统依然是以国外产品为主，其中也有不少采用通用变频器的主轴驱动变频方案，但是低速性能较差。因此，开发出高性能的主轴驱动变频系统，建立国产数控系统的成套技术，降低成本，以提高国产数控产品的竞争能力，是一项具有重要现实意义的课题。 （二）、数控机床对主轴驱动变频系统的要求 数控机床集高效、高精度和高柔性为一体，能适应不同零件的加工，它要求驱动变频系统具有较高的动静态性能，能频繁的启动、制动、正转、反转及实现准停。从工件和刀具相对运动的关系来分，数控机床可大致分为两种类型。一类是使工件旋转的车床类，另一类是使刀具作旋转运动的钻床和铣床类等。各种数控机床所完成的加工任务不同，对主轴和进给驱动变频系统提出的要求也不相同，但大致都包括以下几点基本要求: 1、调速范围 由于加工刀具、被加工材质以及对零件加上要求不同，为保证在任何的情况下，都能得到最佳切削条件，这就要求传动系统必须具有足够宽的调速范围。同时在不同转速下又有具体的要求：高速下，要求速度稳定，尽可能提供主轴电机的最大功率，即恒功率范围要宽；低速下，要求提供大转矩输出，以满足重切削的要求。 2、速度控制精度和加减速性能 为保证各种机床的加工精度和表面粗糙度，以及完成攻丝等一些特殊的高级加工，一般都要求传动系统具有较高速度控制精度，并且要求加减速时间短，有良好的快速响应特性，由负载变化引起的动态降速小。动态降速大，会严重影响加工的精度和表面粗糙度。 3、精确的准停功能和角度分度控制 在加工中心上，自动更换刀具，一个接一个地完成各种不同的加工任务。需要对主轴做高精度停止定位控制，这是一种伺服动作。在车削中心上，要求主轴具有旋转进给轴的功能，完成任意角度分度控制，这时主轴坐标有了进给坐标的位置控制功能，称为“C”轴控制。 目前，异步电动机数控机床主轴驱动变频系统是当前商用主轴驱动变频系统的主流,其功率范围从零点几个kW到几百kW,广泛地应用于各种数控机床上。异步电动机的定子结构和其它三相数控机床电机的定子结构相同，在定子铁心内放置着空间位置互差2π/3的三组线圈构成的三相绕组。电机转子结构一般为笼型，转子绕组是由铜条或铝条构成的状如鼠笼的短路绕组。笼型异步电动机的结构简单、坚固，并能在高温和高速的条件下长时间运行，其价格远低于同样速度和功率范围的直流电机，而功率和体积比却是直流电机