机床数控技术(第4版)课件：数控机床的伺服系统.pptx

机床数控技术;第1节?????伺服系统的基本概念; 数控机床的伺服系统;图闭环进给伺服系统结构;2对伺服系统的基本要求

1)调速范围宽

2)可逆运行

3)具有足够的传动刚度和高的速度稳定性

4)快速响应和无超调

5)高精度

6)低速大转矩

;第2节?????步进电机及其驱动装置;步进电机在结构上分为定子和转子两部分。

有永磁式(PM,permanentmagnet),磁阻式(VR,variablereluctance),和混合式(HB,hybrid)等。; 数控机床的伺服系统;定子上有六个磁极，每个磁极上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相，分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由带齿的铁心做成的。步进电机是按电磁吸引的原理进行工作的。当定子绕组按顺序轮流通直流电时，A、B、C三对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某一对齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步转动。每当转子某一对齿的中心线与定子磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。如果控制线路不停地按一定方向切换定子绕组各相电流，转子便按一定方向不停地转动。步进电机每次转过的角度称为步距角。;为进一步了解步进电机的工作原理，以下图为例来说明其转动的整个过程，假设转子上有四个齿，相邻两齿间夹角（齿距角）为90。当A相通电时，转子1、3齿被磁极A产生的电磁引力吸引过去，使1、3齿与A相磁极对齐。接着B相通电，A相断电，磁极B又把距它最近的一对齿2、4吸引过来，使转子按逆时针方向转动30。然后C相通电，B相断电，转子又逆时针旋转30，依次类推，定子按A→B→C→A顺序通电，转子就一步步地按逆时针方向转动，每步转30。;A相通电，A、B相通电，B相通电?，B、C相通电;实际应用的步进电机如图所示，转子铁心和定子磁极上均有齿距相等的小齿，且齿数要有一定比例的配合。;;（2）静态转矩与矩角特性;（3）最大启动转矩

图示为三相单三拍矩角特性曲线，图中的A、B分别是相邻A相和B相的静态矩角特性曲线，它们的交点所对应的转矩是步进电机的最大启动转矩Mq。如果外加负载转矩大于Mq，电机就不能启动。当A相通电时，若外加负载转矩MaMq，对应的失调角为θa???当励磁电流由A相切换到B相时，对应角θa，B相的静转矩为Mb。从图中看出MbMq,电机不能带动负载做步进运动，因而启动转矩是电机能带动负载转动的极限转矩。;（4）启动频率;作业：图示为数控车床横向进给传动结构简图，已知三相步进电动机转子上有80个齿，按三相六拍通电方式工作，步进电动机最高工作频率为3333Hz。滚珠丝杠基本导程为4mm，脉冲当量为0.005mm/脉冲。

试计算：（1）齿轮减速比i（i1）。

（2）工作台的最大快进速度vmax(m/min)?;3步进电机驱动

步进电机驱动线路完成由弱电到强电的转换和放大，也就是将逻辑电平信号(工作电平5V)变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号。驱动控制电路由环形分配器和功率放大器组成。环形分配器是用于控制步进电机的通电方式的，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按照一定的顺序和分配方式加到功率放大器上，控制各相绕组的通电、断电。;;; 数控机床的伺服系统;;高低压电路;恒流斩波驱动电路的原理图;4开环控制步进式伺服系统的工作原理

（1）工作台位移量的控制

数控装置发出N个脉冲，经驱动线路放大后，使步进电机定子绕组通电状态变化N次，如果一个脉冲使步进电机转过的角度为α，则步进电机转过的角位移量Φ＝Nα，再经减速齿轮、丝杠、螺母之后转变为工作台的位移量L.

（2）工作台进给速度的控制

数控装置发出的进给脉冲频率为f，经驱动控制线路，表现为控制步进电机定子绕组的通电、断电状态的电平信号变化频率，定子绕组通电状态变化频率决定步进电机的转速，该转速经过减速齿轮及丝杠、螺母之后，体现为工作台的进给速度V。

（3）工作台运动方向的控制

改变步进电机输入脉冲信号的循环顺序方向，就可改变定子绕组中电流的通断循环顺序，从而使步进电机实现正转和反转，相应的工作台进给方向就被改变。;1数控机床用交流电动机

在交流伺服系统中，按电机种类可分为同步型和异步型（感应电机）两种。交流伺服同步电机有永磁式、磁阻式（反应式）、磁滞式、绕组磁极式等。

数控机床进给伺服系统中多采用永磁式同步电机，同步电机的转速是由供电频率所决定的，即在电源电压和频率固定不变时，它的转速是稳定不变的。由变频电源供电给同步电机时，能方便地获得与频率成正比的可变速度，可以得到非常硬的