第7章 数控机床的伺服驱动系统201112.ppt

C N C 主要内容 数控机床伺服系统是以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统。 7.1 概述 伺服系统的作用: 接受CNC装置发出的插补结果(指令脉冲等)，作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电机、步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。 数控机床的“大脑” 数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机构，它是一个不折不扣的跟随者。 主要内容 7.1 概述 伺服系统的分类: 按控制原理和有无检测反馈装置：开环、半闭环、闭环 按被控对象：进给驱动、主轴驱动； 按使用的执行元件：电液、电气伺服驱动（步进、直流、交流、直线电机）； 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 7.1 概述 机械执行部件 A相、B相 C相、… f、n CNC 插补指令 脉冲频率f 脉冲个数n 换算 脉冲环形分配变换 功率放大 开环数控系统 主要内容 7.1 概述 位置控制调节器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈单元 位置控制单元 速度控制单元 + + - - 电机 机械执行部件 CNC插补 指令 实际位置反馈 实际速度反馈 半闭环数控系统 7.1 概述 主要内容 位置控制调节器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈 单元 位置控制单元 速度控制单元 + + - - 机械执行部件 CNC插补 指令 实际位置反馈 实际速度反馈 闭环数控系统 主要内容 7.1 概述 数控机床对进给伺服系统的要求有： 1．高精度（输出量能复现输入量的精确程度） 2．稳定性好（抗干扰能力） 3．响应速度快（系统跟踪精度） 4．电机调速范围宽（最高转速和最低转速比） 5．低速大转矩 6．可靠性高(对环境的适应性) 7.1 概述 伺服电机为数控伺服系统的重要组成部分，是速 度和轨迹控制的执行元件。 数控机床中常用的伺服电机： 直流伺服电机（调速性能良好） 交流伺服电机（主要使用的电机） 步进电机（适于轻载、负荷变动不大） 直线电机（高速、高精度） 主要内容 步进电机是一种脉冲控制的执行元件，可将输入脉冲转换为机械角位移。每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度，称为步距角。 脉冲数量----位移量； 脉冲频率---电机转速； 脉冲顺序----方向。 7.2 步进电机及其驱动控制系统 机械执行部件 A相 B相 C相… f、n CNC 插补指令 脉冲频率f 脉冲个数n 换算 脉冲环形分配变换 功率放大 主要内容 7.2 步进电机及其驱动控制系统 优点：结构简单，价格便宜，工作可靠； 缺点： 容易失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度； 在低速时容易产生振动； 细分技术的应用，明显提高了定位精度，降低了低速振动。 应用：要求一般的开环伺服驱动系统，如经济型数控机床的进给驱动。 主要内容 7.2 步进电机及其驱动控制系统 主要内容 按电磁吸引原理工作（以反应式步进电机为例） 反应式步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有激磁绕组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠磁极对齿的吸合工作。 7.2 步进电机及其驱动控制系统 定子 转子 定子绕组 7.2.1步进电机工作原理 主要内容 7.2 步进电机及其驱动控制系统 A B 定子 转子 IA IB IC 两个相对的磁极组成一相 主要内容 7.2 步进电机及其驱动控制系统 步进电机的工作方式(通电顺序)可分为： 三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。 1）三相单三拍： （1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为： A 相 ? B 相 ? C 相 通电顺序也可为上述的反向： A 相 ? C 相? B 相 主要内容 7.2 步进电机及其驱动控制系统 B A C C B A 3 4 1 2 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐 B A C C B A 3 4 1 2 B B A C C A B 相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐 C 相通电，转子1、3齿和C 相轴线对齐 3 4 1 2 主要内容 B 1 3 2 A A B C 1 3 2 4 主要内容 7.2 步进电机及其驱动控制系统 三相单三拍的特点： （1）每来一个电脉冲，转子转过 30?。 （2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序。 （3）每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失去自锁转矩，容易产生失步，只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位置易产生振荡 。 通电顺序为：A?AB?B?BC?C?CA?A 六拍。 2）三相六拍工作方式 7.