数控机床的伺服系统11.ppt

第7章 数控机床的伺服系统;数控系统发出指令脉冲经过驱动线路变换与放大，传给步进电机。步进电机每接收一个指令脉冲，就旋转一个角度，再通过齿轮副和丝杠螺母副带动机床工作台移动。 指令脉冲的频率决定了步进电机的转速，进而决定了工作台的移动速度；指令脉冲的数量决定了步进电机转动的角度，进而决定了工作台的位移大小。 开环伺服系统加工精度低。由于无位置检测装置，其精度取决于步进电机的步距精度和工作频率以及传动机构的传动精度。 结构简单，成本较低，适用于对精度和速度要求不高的经济型、中小型数控系统。;（2）闭环伺服系统 有位置检测装置，且装在机床工作台上，直接检测工作台的实际位移。 利用CNC装置的指令值与位置检测装置的检测值的差值进行位置控制。 精度高，其运动精度取决于检测装置的精度，与传动链的误差无关。 适用于大型或比较精密的数控设备。 （3）半闭环伺服系统 有位置检测装置，且装在电机或丝杠的端头，检测角位移，间接获得工作台的位移。 精度比闭环控制低，滚珠丝杠的精度影响位置检测的精度。适用于中小型数控机床。 ;2. 按使用的驱动元件分类;3. 按被控对象分类;4. 按反馈比较控制方式分类;7.1.2 伺服系统的组成;伺服系统结构;7.1.3 数控机床对伺服系统的要求;（3）快速响应无超调。 快速响应反映系统的跟踪精度。 （4）稳定性好，可靠性高。 稳定性：系统在给定输入或外界干扰作用下，能经过短暂的调节达到新的或恢复到原来平衡状态。 系统具有较好的抗干扰能力能保证进给速度均匀、平稳。 （5）足够的传动刚性，较强的过载能力，电机的惯量与移动部件的惯量相匹配，伺服电机能够频繁启停和可逆运行。 ;2. 数控机床对主轴伺服系统的要求 （1）足够的输出功率。 主轴转速高，输出转矩小；主轴转速低，输出转矩大。要求主轴驱动装置具有恒功率性质。 （2）调速范围宽。 数控机床的变速依照指令自动执行，要求能够在较宽的转速范围内进行无级调速，较少中间传递环节，简化主轴箱。 （3）定位准停功能。 为使得数控车床具有螺纹切削等功能，要求主轴能与进给驱动实行同步控制。 在加工中为自动换刀，要求主轴具有高精度的准停功能。;7.2 步进电机伺服系统;1. 步进电机的类型;2. 步进电机的结构;定子的每个磁极正对转子的圆弧面上均都均匀分布着5个小齿，呈梳状排列，齿槽等宽，齿间夹角为9°。 转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，其大小和间距与定子上的完全相同。 三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。;当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前（或滞后）转子齿1/3齿距角，即3°；C相磁极齿超前（或滞后）转子齿2/3齿距角。 步距角：步进电机每走一步所转过的角度，其大小等于错齿的角度。 （2）永磁式步进电机 定子和转子中的某一方永永久磁钢，另一方由软磁材料制成，其上由励磁绕组。 绕组通电，建立的磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。 （3）永磁感应式步进电机 转子由环行磁钢及两段铁芯构成。;3. 反应式步进电机工作原理;4. 反应式步进电机主要特征;（2）静态转矩与矩角特性;（3）启动频率 启动频率：空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进入不丢步的正常运行的最高频率。 步进电机带负载下的启动频率要比空载启动频率低，并随负载增加而进一步降低。 （4）连续运行的最高工作频率 最高工作频率：步进电机启动后，保证连续不丢步运行的最高工作频率。 决定了定子绕组通电状态下最高变化的频率，即决定了步进电机的最高转速。 （5）加减速特性 加减速特性：步进电机由静止刀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。;（6）矩频特性与动态转矩 矩频特性：描述步进电机连续稳定运行时输出转矩M与连续运行频率f之间的关系。 动态转矩：矩频特性曲线上每个频率对应的转矩。 步进电机正常运行时，动态转矩随连续运行频率的上升而下降。;7.2.2 步进电机的驱动控制器;1. 环形脉冲分配器;硬件环形分配器;三相六拍环形脉冲分配器原理图;软件环形脉冲分配器;2. 功率放大器;（2）高低电压功率放大器;（3）斩波恒流功率放大器;（4）调频调压功率放大器;7.2.3 提高步进伺服系统精度的措施;传动间隙补偿示意图;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 直流伺服电机与速度控制;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