第7章 数控机床驱动和控制系统.ppt

数控机床伺服驱动系统概述 伺服驱动系统接收数控单元的位移/速度控制指令,驱动工作台/主轴按照控制指令的要求进行运动。 伺服驱动系统直接影响移动速度、跟踪精度、定位精度等一系列重要指标，是数控机床的关键技术。 1. 按其控制对象和使用目的分类 进给驱动：控制机床各轴的切削进给运动, 含速度控制和位置控制，也是一般概念的伺服驱动系统； 主轴驱动：控制主轴的旋转和切削过程的转矩和功率，要求有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围； 辅助驱动：采用简易的位置控制，如控制刀库的辅助系统。 7.1.2 按调节理论分类 （1）开环伺服系统：无检测反馈控制通道，由步进电机、驱动电路、传动机构组成。用于经济型数控和老设备改造。 7.1.2 按调节理论分类 （1）开环伺服系统 步进电机定子绕阻通电状态每改变一次，它的转子转过一个固定的角度，称为步进电机的步距角； 改变步进电机定子绕阻的通电顺序，其转子的旋转方向随之改变; 步进电机定子绕阻通电状态变化的频率越高，转子的转速越高; 步距角与定子绕阻相数m、转子齿数z、通电方式k有关: 公式： δ = Sα/(360λ)， 如何进行推导？ 假设电机转一圈时工作台对应的位移量为S1，则有： S1=360δ/α，λ=N电机/N丝杠=S/S1； 即: λ=S/(360δ/α)=Sα/(360δ) 整理后，得： δ=Sα/(360λ) 工作台的进给速度V(mm/min)、脉冲当量δ(mm/脉冲)、进给脉冲频率f(Hz)三者的计算公式： V= 60δf; 步进电机的步距角越小，系统的脉冲当量越小，机床加工精度越高； 反应式步进电机的特点： 优点--控制方便、步距角小、一转中没有累积误差、动态响应快、自起动能力强、角位移变化范围宽、价格低廉； 缺点-带惯性负载能力差、低频振荡、高速时易失步、断电后无定位转矩。 永磁感应子式步进电机结构示意图 永磁感应子式步进电机（亦称混合式步进电机）特点： 转子由环形磁钢及两段铁心组成，轴向充磁； 输出转矩高于反应式步进电机； 掉电情况下，仍具有一定的定位转矩； 制造困难，需正、负电源供电(或把单电源变成正、负电源)； 有取代反应式步进电机的趋势。 7.2.2 步进电机的主要性能指标 步距角α： 步进电机定子绕组每改变一次通电状态，转子所转过的角度（范围：0.36°～ 3°）。它决定控制精度，也是决定步进式伺服系统脉冲当量的重要参数； 静态步距角误差△α ：以单脉冲输入时，实际步距角与理论步距角之差； 失调角与静态转矩 ：当步进电机不改变通电状态、转子处于不动状态下，在电动机轴上加一个负载转矩，使转子按一定方向转过一个角度θe ，该角度称为失调角；这时转子受到的电磁转矩T称为静态转矩。 7.2.2 步进电机的主要性能指标 步进电机的静态转矩T与失调角θe ： 步进电机为空载即T=0，转子在失调角θe=0处稳定，此时通电相的定子齿与转子齿对齐；在静态运行情况下，如有外力使转子齿偏离定子齿，在-180°θe 180°范围内，则在外力消除后，转子在静转矩的作用下仍能回到原来的稳定平衡位置，故称 -180°θe 180°为静稳定区；当θe =±180°时，转子齿左右两边所受的磁拉力相等而相互抵消，暂时有静转矩T=0，称为不稳定平衡点。 7.2.2 步进电机的主要性能指标 距角特性和最大静态转距Tjmax； 矩角特性：步进电机的静转矩T与失调角θe 之间的关系。 7.2.2 步进电机的主要性能指标 启动矩频特性 ： 描述步进电机起动频率与负载力矩的关系曲线称为启动矩频特性。它随着负载的增加而下降； 空载启动频率或突跳频率fq ：空载时，步进电机由静止突然启动，并进入不失步的正常运行所允许的最高频率。步进电机的起动频率要比它的空载起动频率低，要比连续运行频率低很多； 连续运行的最高工作频率：步进电机连续运行时，保证不丢步运行的极限频率，它决定了步进电机的最高转速； 运行矩频特性：描述步进电机连续稳定运行时，输出转矩T与连续运行频率f之间的关系。一般步进电机的输出转矩T随着运行频率f的升高而下降，它是步进电机运转时承载能力的动态指标。 7.2.3 步进电机的驱动和控制技术 7.2.3 步进电机的驱动和控制技术 7.2.3 步进电机的驱动和控制技术 7.3 直流伺服电机与速度控制 7.3 直流伺服电机与速度控制 交流伺服电机 特点：结构简单、可靠性高、维护方便。 种类：交流异步伺服电机和交流同步伺服电机。 永磁式交流（同步）伺服电机特点 与直流伺服电机相比，同等功率下，电机外形尺寸减小1/2，重量减轻60%，转子惯量减至1/5（减小4/5） 感应式交流伺服电机特点