第7章 数控机床的伺服系统综述.ppt

1. 传动间隙补偿 提高机床传动元件的齿轮、丝杠制造装配精度并采取消除传动间隙的措施，只能减少不能完全消除传动间隙。 机械传动链在改变运动或旋转方向时，最初若干个指令脉冲只能起到消除间隙的作用，造成步进电机的空走，而工作台无实际移动，从而产生传动误差。 补偿方法：先测出并存储间隙大小，接收反向位移指令时，先不向步进电机输出反向位移脉冲，而将间隙值转换为脉冲数N，驱动步进电机转动，越过传动间隙，然后按照指令脉冲动作。 2. 螺距误差补偿 传动链中滚珠丝杠螺距的制造误差直接影响机床工作台的位移精度。 补偿方法：设置若干个补偿点，在每个补偿点测量并记录工作台位移误差，确定补偿值并作为控制参数输送给数控装置。 设备运行时，工作台每经过一个补偿点，CNC系统就加入补偿量，补偿螺距误差。 3. 细分线路 细分驱动：将一个步距角细分为若干步的驱动方法。 7.3.1 直流伺服电机 1. 直流伺服电机的类型 按电枢的结构和形状分：平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢型等。 按定子磁场产生方式分：永磁式和他励式。 按转子转动惯量大小分：大惯量、中惯量和小惯量伺服电机。 2. 直流伺服电机的结构 （1）定子：产生定子磁极磁场。 （2）转子：表面嵌有线圈，通直流电时，在定子磁场作用下产生带负载旋转的电磁转矩。 （3）电刷与换向片：为使产生的电磁转矩保持恒定的方向，保证转子能沿着固定方向均匀地连续旋转，将电刷与外加直流电源连接，换向片与电枢线圈连接。 3. 直流伺服电机的工作原理 （1）永磁式直流电机工作原理 直流电压加在A、B两电刷之间，电流从A流入，从B流出，导体ab和cd受到逆时针方向作用力，转子在逆时针方向地电磁转矩作用下旋转。 当电枢转过90°，电枢线圈处于磁极的中性面，电刷与换向片断开，无电磁转矩作用。 在惯性作用下，电枢继续转动一个角度，当电刷与换向片再次接触时，导体ab和cd交换了位置，ab和cd中的电流也发生改变，从而保证电枢受到地电磁转矩方向不变，因此，电枢可以连续转动。 （2）他励式直流电机工作原理 定子上有磁励绕住和补偿绕组，转子绕组通过电刷供电。 转子磁场与定子磁场始终正交，产生转矩，转子旋转。 补偿绕组的作用是抵消电枢磁场对钉子磁场的扭曲，使电动机有良好的调速特性 直流电机的机械特性公式 公式中，n为电机转速，Ua为电枢外加电压，Ce为反电动势常数，Φ为电机磁通量，Ra为电枢电阻，Cm为转矩常数，M为电磁转矩。 直流电机的三种调速方法。 改变电枢外加电压Ua。该方法可以得到调速范围较宽的恒转矩特性，机械特性好，适用于主轴驱动的低速段和进给驱动。 改变磁通量Φ。可得到恒功率特性，适用于主轴驱动的高速段，不适合于进给驱动。 改变电枢电路的电阻Ra。该方法得到的机械特性较软，不能实现无级调速，也不适合于数控机床。 SCR PWM 1. 晶闸管直流调速系统 三相全控桥式整流电路作为直流速度控制单元的主电路。 两组正负对接的晶闸管，一组用于提供正向电压，供电机正转。 一组提供反向电压，供电机反转。 通过对12个晶闸管触发延迟角的控制，达到控制电机电枢电压，从而对电机进行调速。 速度调节器和电流调节器均是由线性集成放大器和阻容元件构成的PI调节器。 速度环起主导作用，电流环的作用是在启动和堵转时限制最大电枢电流。 2. 晶体管脉宽调制（PWM）直流调速系统 （1）PWM系统的组成及工作原理 脉宽调制：使功率放大器中的晶体管工作在开关状态下，开关频率保持恒定，用调整开关周期内的晶体管导通时间的办法来改变输出，从而使得电机电枢两端获得宽度随给定指令变化的频率固定的电压脉冲。 脉宽连续变化，使得电枢电压平均值连续变化，进而控制电机转速连续变化。 脉宽调制器的种类很多，但都由两部分组成，调制信号发生器和比较放大器。调制信号发生器大多采用三角波发生器或锯齿波发生器。 比较放大器 2. 脉宽调制器 7.4.1 交流伺服电机 1. 交流伺服电机的类型 永磁式交流伺服电机和感应式交流伺服电机 共同点：工作原理均由定子绕组产生旋转磁场使得转子跟随定子旋转磁场一起运转。 不同点：永磁式伺服电机的转速与外加交流电源的频率存在着严格的同步关系，即电机的转速等于旋转磁场的同步转速；而感应式伺服电机由于需要转速差才能产生电磁转矩，因此，电机的转速低于磁场同步转速，负载越大，转速差越大。 2. 永磁交流伺服电机结构与工作原理 电机结构：由定子、转子和检测元件组成，其中 1－定子；2－转子；3－压板；4－定子三相绕组； 5－脉冲编码器；6－接线盒。 工作原理：定子三相绕组接上电源后，产生一个旋转磁场，该旋转磁场以同步转速n0旋转； 定子旋转磁场与转子的永久磁铁磁极相互吸引，并带动转子以同步转速n0一起旋转； 当转子轴上加有负载转矩后，造成定子磁场轴线与转子磁极轴