05数控机床伺服驱动系统知识讲稿.ppt

开环进给伺服控制 （4）步进电动机驱动 步进电动机工作方式：步进电动机的工作方式和一般电动机的不同，它是采用脉冲控制方式工作的。只有按—定规律对各相绕组轮流通电，步进电动机才能实现转动。数控机床中采用的功率步进电动机有三相、四相、五相和六相等。工作方式有单m拍，双m拍、三m拍及2m拍等，m是电动机的相数。所谓单m拍是指每拍只有一相通电，循环拍数为m；双m拍是指每拍同时有两相通电，循环拍数为m；三m拍是每拍有三相通电，循环拍数为m拍；2m拍是各拍既有单相通电，也有两相或三相通电，通常为1~2相通电或2～3相通电，循环拍数为2m，如表5.2所列，步进电动机相数越多，工作方式也越多。若按和表5.2相反的顺序通电，则电动机反转。 四、主轴与进给轴关联控制 主轴与进给轴关联控制一般通过脉冲编码器来实现。 （1）脉冲编码器 增量式脉冲编码器：脉冲发生器每次测量的角位移，都是相对上一次角度位置的增量。这种编码器结构简单，应用最广泛。为提高其分辨率，通常采用电子线路进行倍频细分。增量式脉冲编码器输出两个相位差90°的A、B信号和零位C信号，其中A、B信号可用来计算角位移的大小，还可利用它们相位超前或滞后的关系辨别旋转方向。 脉冲编码器 绝对式脉冲编码器：码盘每一转角位置都刻有表示该位置的惟一代码，通过读取码盘之值即可直接获得主轴的角度坐标。单个码盘组成的绝对式脉冲编码器，只能测量0°~360°范围内的角位移，测量大于360°的角位移，必须使用有多个码盘的绝对式脉冲编码器。绝对式脉冲编码器码盘常用的码制有二进制、循环码、十进制码等几种。最常用的码制为二进制循环码。由于二进制循环码制的特点是相邻两组数码之间只有一位变化，即使制造与安装不太精确，所造成的误差也不会超过码盘自身的分辨率。 主轴与进给轴关联控制 （2）主轴旋转与轴向进给的关联控制 以螺纹切削加工为例，介绍数控系统主轴旋转与轴向进给的关联控制功能。 1）进给量与主轴转速关联控制 在数控车床上加工圆柱螺纹时，无论螺纹是等距螺纹还是变距螺纹，都要求主轴转速与刀具轴向进给保持一定的协调关系，数控系统必须具有主轴转速与轴向进给量关联控制功能。在主轴上安装的脉冲编码器可以检测主轴转角、相位、零位等信号，在主轴旋转过程中，脉冲编码器不断向数控装置发送脉冲信号，根据插补计算结果，控制进给坐标轴伺服系统，使进给量与主轴转速保持螺纹加工所需的比例关系，从而实现螺纹的精确加工。 主轴旋转与轴向进给的关联控制 2）主轴旋转方向控制 通过改变主轴旋转方向，可以加工出左螺纹或右螺纹，主轴旋转方向可通过脉冲编码器正交的A相、B相脉冲信号的顺序来判别。 3）主轴绝对位置定位 脉冲编码器的零位脉冲信号C，刚好对应主轴旋转一圈，可用于主轴绝对位置定位检测和控制。在多次循环切削同一螺纹时，该零位信号可作为刀具切入点，以确保螺纹螺距不出现乱扣现象。即在每次螺纹切削进给前，刀具必须经过零位脉冲定位后才能切削，以确保刀具在工件圆周同一点切入。 主轴与进给轴关联控制 （3）主轴旋转与径向进给的关联控制 由机械加工工艺可知，利用数控车床或磨床进行端面加工时，为了保证加工端面的平整光洁（表面粗糙度R0小），应控制工件与刀具（车刀或砂轮）接触点处的速度为一恒定值，即实现所谓恒线速度加工。由于在端面加工过程中，刀具要不断地作径向进给运动，从而使刀具的切削直径逐渐减小（磨床还应考虑砂轮磨损造成的直径减小）。由切削速度与主轴转速的关系可知，若保持切削速v恒定不变，当切削直径D逐渐减小时，主轴转速n必须逐渐增大。 数控装置必须设计相应的控制软件来完成主轴转速的调整。车削端面过程中，切削直径变化的增量为 5.3 数控机床进给驱动系统 进给驱动系统组成与分类 开环进给伺服控制 闭环进给伺服控制及特性分析 脉冲比较的进给伺服控制 相位比较的进给伺服控制 幅值比较的进给伺服控制 数据采样式和反馈补偿式进给伺服控制 一、进给驱动系统组成与分类 （1）进给驱动系统的组成和基本要求 基本要求：精度高、稳定性好、响应速度快、低速大转矩、调速范围宽。 进给驱动系统组成与分类 （2）进给伺服驱动机构 早期多采用电液伺服驱动方式，其伺服执行元件采用液压元件，前级为电气元件，驱动元件为液动机和液压缸。常用的有电液脉冲马达和电液伺服马达。电液伺服驱动机构在低转速下可以输出很大的力矩，并具有刚性好、反应快和速度平稳等优点。 但电液伺服驱动机构需要油箱、油管等供油系统，存在体积大、噪声大和油污染等问题，从20世纪70年代起逐渐被电气伺服机构所代替，只在具有特殊要求的场合才被采用。 电气伺服驱动机构全部采用电子器件和电机部件，操作和维护方便、可靠性高、噪声小、无污染，早期的电气伺服驱动机构，在低转速输出力矩和反应速度方面明显比不上电液伺服驱