第五章数控机床的进给伺服系统4h-70.ppt

第五章 数控机床的进给伺服系统 内容提要 进给伺服系统的软件硬件结构； 进给伺服系统基本功能的原理及实现方法。 2. 输出位置精度要高 ? 静态：定位精度和重复定位精度要高，即定位误差和重复定位误差要小。(尺寸精度) ? 动态：跟随精度，这是动态性能指标，用跟随误差表示。 (轮廓精度) ? 灵敏度要高，有足够高的分辩率。 第二节 进给伺服驱动系统 、概述 1. 进给伺服驱动系统由进给伺服系统中的 驱动电机及其控制和驱动装置组成。 2. 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 第三节 典型进给伺服系统(位置控制) 一、开环进给伺服系统(Open-Loop System) 不带位置测量反馈装置的系统； 驱动电机只能用步进电机； 主要用于经济型数控或普通机床的数控化改造 . 步进电机开环系统设计 要解决的主要问题： ①动力计算 ②传动计算 ③驱动电路设计或选择 目的：传动计算选择合适的参数以满足脉冲当量?和进给速度F的要求。 图中：f —脉冲频率（HZ ） α— 步距角 （度） Z1、Z2 — 传动齿轮齿数 t — 螺距(mm) ? — 脉冲当量（mm） 传动比选择： 为了凑脉冲当量?mm，也为了增大传递的扭矩，在步进电机与丝杆之间，要增加一对齿轮传动副，那么，传动比 i=Z1/Z2与α、 ? 、t之间有如下关系： α—步距角， ?－－脉冲当量， t－－丝杠导程。 例1： ? = 0.01mm, t = 6 mm, α= 0.75° 进给速度F： 一般步进电机： 若：δ=0.01 mm 则： 若 δ=0.001mm 则： 因此，当 一定时， 与δ成正比，故我们在谈到步进电机开环系统的最高速度时，都应指明是在多大的脉冲当量δ下的,否则是没有意义的。 . 提高步进电机开环伺服系统传动精度的措施 ? 概述 影响步进电机开环系统传动精度的因素： 步进电机的步距角精度； 机械传动部件的精度； 丝杆等机械传动部件、支承的传动间隙； 传动件和支承件的变形。 提高步进电机开环系统传动精度的措施 适当提高系统组成环节的精度； 采取各种精度补偿措施。 ? 传动间隙补偿 在整个行程范围内测量传动机构传动间隙，取其平均值存放在数控系统中的间隙补偿单元，当进给系统反向运动时，数控系统自动将补偿值加到进给指令中，从而达到补偿目的。 ? 螺距误差补偿 利用计算机的运算处理能力，可以补偿滚珠丝杠的螺距累积误差，以提高进给位移精度。 方法：首先测量出进给丝杠螺距误差曲线(规律)，然后可采用下列两种方法实现误差补偿：硬件补偿、软件补偿。 二、直流伺服电机及驱动 直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小正比于电机中的气隙磁场，直流电机的励磁绕组所建立的磁场是电机的主磁场，按对励磁绕组的励磁方式不同，直流电机可分为： 他励式、 并励式、 串励式、 复励式、 永磁式。 20世纪80~90年代中期，永磁式直流伺服电机在NC机床中广泛采用。 直流伺服电机的特点 ? 过载倍数大，时间长； ? 具有大的转矩/惯量比，电机的加速大，响应快。 ? 低速转矩大，惯量大，可与丝杆直接相联，省去了齿轮等传动机构。可提高了机床的加工精度。 ? 调速范围大，与高性能的速度控制单元组成速度控制系统时，调速范围超过1∶2000。 直流伺服电机具有优良的调速性能， 80年代初至90年代中，在要求调速性能较高的场合，直流伺服电机调速系统的应用一直占据主导地位。但其却存在一些固有的缺点，即： 电刷和换向器易磨损，维护麻烦 结构复杂，制造困难，成本高 而交流伺服电机则没有上述缺点。特别是在同样体积下，交流伺服电机的输出功率比直流电机提高10%～70%，且可达到的转速比直流电机高。因此，人们一直在寻求交流电机调速方案来取代直流电机调速的方案。 1. 分类 调频调压电源的分类 电压型变频器工作原理 控制波形的实现方式 （电机调速的控制方式）： ? 相位控制 ? 矢量变换控制 ? PWM控制 ? 磁场控制 2. 闭环、半闭环进给伺服系统 ? 闭环进给伺服系统的实