数控系统及伺服驱动系统课件.ppt

数控技术 CNC控制系统 控制系统组成 直观分为三部分： CNC装置 电控箱 安装与机械本体部分的控制部件 CNC装置 控制系统硬件结构 按功能结构分： 三、数控机床对伺服系统的要求 高精度 要求定位准确（定位误差持别是重复定位误差要小），跟随精度高（跟随误差小）。一般定位精度要求达到mm级，高的达0.01~0.005 mm。 灵敏度高，响应快 提高生产率和保证加工质量，一般电机升降速过渡过程，时间在0.2s以下。另外，当负载突变时，要求速度的恢复时间短，且无振荡，这样才能得到光滑的加工表面。 调速范围宽 保证在任何情况下都能得到最佳切削条件和加工质量，一般要求调速范围 ：最低转速/最高转速=1/1000~1/10000，且通常是无级调速。 低速大转矩 一般是在低速进行重切削，所以在低速时进给驱动要有大的转矩输出。 可靠性高 对环境的适应性强，性能稳定，使用寿命长。 检测装置的分类 一、光栅尺 光栅尺属于光学元件，是一种高精度的位移传感器。 1. 光栅尺的种类 （5）光栅特点 优点： 1）精度高 测直线：精度 0.5-3mm，分辨率 0.1mm 2）易实现动态测量和自动化测量 3）较强的抗干扰能力 缺点： 1）对环境要求高，怕振动，怕油污 2）高精度光栅制作成本高 目前多用于精密定位的数控机床，数显机床中也应用较多。 2. 增量式光电脉冲编码器 （1）组成 由光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光敏元件(光电管)、整形放大电路和数字显示装置等组成。 码盘的种类 按码制不同分二进制码、格雷码（循环码）、十进制码、六十进制码等，最常用的是二进制循环码盘。 开环伺服系统 半闭环伺服系统 ☆位置检测元件安装在电动机轴上或丝杠上，用以精确控制电机的角度，为间接测量； ☆坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，其传动误差没有得到系统的补偿； ☆半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。 ☆适用于精度要求适中的中小型数控机床。 闭环伺服系统 数控技术 第五章 伺服驱动系统 三、步进电动机驱动电源 1. 作用 发出一定功率的电脉冲信号，使定子励 磁绕组顺序通电。 2. 基本要求 （1）电源的基本参数与电动机相适应； （2）满足步进电动机起动频率和运行频率 的要求； （3）抗干扰能力强，工作可靠； （4）成本低，效率高，安装维修方便。 （2）功率驱动器（功率放大电路） 将环形分配器输出的脉冲信号放大，以用足够的功率来驱动步进电动机。 最早的功率驱动器采用单电压驱动电路，后来出现了双电压(高电压)驱动电路、斩波电路、调频调压和细分电路等。 并串接一电阻Rc，为了减小回路的时间常数，电阻Rc并联一电容C，从而提高电机的快速响应能力和启动性能。续流二极管VD和阻容吸收回路RC，是功率管VT的保护线路。 单电压驱动电路的优点是线路简单，缺点是电流上升不够快，高频时带负载能力低。 三种驱动电路的电流波形比较 数控技术 第五章 伺服驱动系统 直流伺服电动机的组成 电动机本体 主要由机壳、 定子磁极和转子组成。 检测部件 有高精度的测速 发电机、旋转变压器以及 脉冲编码器等。 二、直线电机 1. 直线电机的结构和工作原理 直线电机是指一种利用电磁作 用原理，将电能直接转换成直线 运动动能的驱动装置，是一种能 实现往复直线运动的电动机。直 线电机是从旋转电机转化而来的。 (1)直线电机的结构 可以认为直线电机是将旋转电 机沿其轴向剖开，然后将其定子 和转子展开，变成如图所示的由 定子和动子组成的直线电机。 （2）直线电机的特点 取消了从电动机到工作台之间的机械传动环节，没有机械接触，传动力是在气隙中产生的，除了导轨外没有其它摩擦； 结构简单，体积小，以最少的零部件数量实现直线驱动，而且是只有一个运动的部件； 理论上行程不受限制，而且性能不会因为行程的改变而受到影响； 可以提供很宽的速度范围，从每秒几微米到数米，特别适于高速，加速度很大，最大可达10g； 运动平稳，这是因为除了起支撑作用的直线导轨或气浮轴承外，没有其它机械连接或转换装置的缘故； 精度和重复精度高，因为消除了影响精度的中间环节，系统的精度取决于位置检测元件，有合适的反馈装置可达亚