【2017年整理】数控机床进给伺服驱动系统.ppt

第五章 数控机床的进给伺服系统;一、定义： 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。 伺服系统是数控装置和机床主机的联系环节，接收CNC装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过变换和放大由伺服电机带动传动机构，最后转化为机床的直线或转动位移。 ;数控机床的伺服包括：进给伺服驱动系统和主轴伺服系统两部分。根据CNC发出的动作指令，伺服系统准确、快速地完成各坐标轴的进给运动，与主轴驱动相配合，完成加工件的高精度加工。 因此，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分，其性能的优劣直接影响零件的加工精度和生产效率，它的价格在这个数控机床的成本构成中占有相当大的份额。 ;第一节 概述;第一节 概述; 按控制理论分类 开环伺服系统 闭环伺服系统 半闭环伺服系统 2. 按驱动执行元件的动作原理分类 电液伺服系统 电气伺服系统 ;3. 按被控对象分类 进给伺服系统 主轴伺服系统 4. 按反馈比较控制方式分类 脉冲、数字比较伺服系统 相位比较伺服系统 幅值比较伺服系统 全数字伺服系统; 在数控机床中使用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺电动机和直线电动机等。步进伺服驱动系统的执行元件是步进电机。;步进电机的种类 按电机的结构和材料分类 反应式：不用永久磁铁，靠定子和转子的软钢齿之闭的电磁引力产生力矩，结构简单，步距角可以做得很小，应用最广。 永磁式：转子有多条永久磁铁组成，定子和转子间的引力和斥力都产生力矩，功率密度大，但步距角不可能做的很小。 混合式：结合上述两种的优点，永久磁铁提高功率密度，细密的极齿减小步距角，但加工困难，成本高。; 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。;步进电机的结构 ;结论 (1) 步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步距角 ； (2) 改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变； (3) 步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高； (4) 步进电机步距角? 与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有关，可用下式表示 式中m相m拍时，k=1；m相2m拍时，k=2；依此类推。 ; ;连续运行的最高工作频率 保证不丢步运行的极限频率 加减速特性 描述步进电机由静止到工作频率和由工作频 率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状 态的变化频率与时间的关系。 ;系统由步进电机驱动线路+步进电机组成，对工作台位移、速度和运动方向进行控制。;1. 工作台位移的控制 进给脉冲的个数N →定子绕组通电状态变化次数N →角位移Φ=? N →工作台位移L=Φ t/360° 2.工作台进给速度的控制 进给脉冲的频率f →定子绕组通电状态的变化频率 f →步进电机的转速ω→工作台的进给速度v 3.工作台方向的控制 定子绕组通电顺序的改变--工作台运动方向改变;功能：将一定频率f、数量N和方向的进给脉冲转换为控制步进电机定子各相绕组通断电状态变化的频率、次数和顺序的功率信号。 ;1.脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合为 正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路 将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲。 3.加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性的 脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数;4. 环形分配器 将来自加减速电路的一系列进给脉冲转换成控制步进电机 定子绕组通断电的电平信号，电平信号状态的改变次数及 顺序与进给脉冲的个数及方向对应。 常用电机有三、四、五相。 脉冲分配也可用软件实现。 5. 功率放大器 将环形分配器输出的mA级电流进行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器组成。;四、提高步进式伺服驱动系统精度的措施 影响步进式伺服驱动系统精度的因素： 步进电机的质量 机械传动部分的结构和质量 控制线路 由于受工艺和结构的限制，常常从控制线路采取措施， 通常采用的措施有： 细分电路 齿隙补偿（反向间隙补偿） 螺距误差补偿 ;1. 细分电路 把步进电机的一步再分得细一些，减小脉冲当量 2.齿隙补偿（反向间隙补偿） 原因：机械传动链在改变方向时， 由于间隙的存在，会引起步进电机的空走； 补偿原理：对实际间隙进行实测并保存，当工作台换向时增加输出脉冲进行补偿。 ;3. 螺距误差补偿 原因：丝杠螺距存在制造误差，会直接影响工作台的位置精度，需要进行补偿