数控技术第七章数控机床的伺服系统.ppt
《数控技术第七章数控机床的伺服系统.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数控技术第七章数控机床的伺服系统.ppt(84页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1,2023/6/29,第七章 数控机床的伺服系统,2,2023/6/29,7.1进给伺服系统的类型7.2步进电动机及其驱动系统7.3直流伺服驱动系统7.4交流伺服驱动系统7.5主轴驱动系统复习与思考题,3,2023/6/29,7.1进给伺服系统的类型,7.1.1进给伺服系统的技术要求7.1.2开环和闭环进给伺服系统7.1.3按电动机分类的伺服系统,4,2023/6/29,概 述,伺服驱动系统概念1.什么是伺服驱动系统在自动控制系统中,把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统,亦称伺服系统。数控机床伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。,5,2
2、023/6/29,数控机床伺服驱动系统是CNC装置和机床的联系环节,作用在于接收来自数控装置的指令信号,驱动机床移动部件跟随指令信号运动,并保证动作的快速和准确。CNC装置发出的控制信息通过伺服驱动系统转换成坐标轴的运动,完成程序所规定的操作。伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。伺服驱动系统的作用归纳如下:(1)伺服驱动系统能放大控制信号,具有输出功率的能力;(2)伺服驱动系统根据CNC装置发出的控制信息对机床移动部件的位置和速度进行控制。,6,2023/6/29,2.数控机床对伺服驱动系统的要求数控机床的性能在很大程度上取决伺服驱动系统的性能,对伺服驱动系统的主要要求如下:1)可逆运行可逆
3、运行要求能灵活地正反向运行。在加工过程中,机床工作台处于随机状态,根据加工轨迹的要求,随时都可能实现正向或反向运动。同时要求在方向变化时,不应有反向间隙和运动的损失。,7,2023/6/29,2)进给调速范围要宽为适应不同的加工条件,例如加工用刀具、被加工材料及零件加工要求的不同,为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件,就要求进给驱动必须具有足够宽的调速范围。,8,2023/6/29,3)位置精度要高 使用数控机床主要是为了保证加工质量的稳定性和一致性,减少废品率;解决复杂曲面零件的加工问题;解决复杂零件的加工精度问题,缩短制造周期等。为了满足这些要求,关键之一是保证数控机床的定位精度和加工精
4、度。数控机床在加工时免除了操作者的人为误差,它是按预先的程序自动进行加工,不可能应付事先没有预料到的情况。就是说,数控机床不能像普通机床那样,可随时用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响。因此,要求定位精度和轮廓切削精度能达到数控机床要求的指标。为此,在位置控制中要求具有高的定位精度,如精确到1m甚至0.1m。在速度控制中,要求具有很高的调速精度和很强的抗干扰的能力,即要求工作稳定性要好。,9,2023/6/29,4)速度响应要快 为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度,除了要求有较高的定位精度外,还要求有良好的快速响应特性,即要求跟踪指令信号的响应要快。一方面,要求过渡过程时间
5、要短,一般在200 ms以内,甚至有时需要小于几十毫秒;另一方面,要使过渡过程的前沿陡,即上升率要大。,10,2023/6/29,5)低速大转矩根据数控机床的加工特点,大都是在低速进行重切削,即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。这要求使动力源尽量靠近机床的执行机构,使传动装置机械部分的结构简化,系统刚性增加,传动精度提高。,11,2023/6/29,7.1.2开环和闭环进给伺服系统,1开环控制系统,图71 开环伺服驱动结构示意图,12,2023/6/29,2半闭环控制系统,图72 半闭环伺服驱动结构示意图,13,2023/6/29,3闭环控制系统,图73 闭环伺服驱动结构示意图,14,2023
6、/6/29,4混合控制系统,图74 混合闭环控制的进给驱动系统,15,2023/6/29,7.1.3按电动机分类的伺服系统,1步进伺服系统2直流伺服系统3交流伺服系统4直线伺服系统,16,2023/6/29,7.2步进电动机及其驱动系统,7.2.1步进电动机的结构类型7.2.2步进电动机的工作原理7.2.3反应式步进电机的主要性能指标7.2.4驱动控制系统组成7.2.5步进电动机驱动控制技术7.2.6步进电机的应用,17,2023/6/29,步进电机及其控制系统,步进电机的分类步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的一种机电式数模转换器。其转子的转角与输入的电脉冲数成正比,它的速度与脉冲频
7、率成正比,而运动方向是由步进电机通电的顺序所决定的。,18,2023/6/29,7.2.1步进电动机的结构类型,19,2023/6/29,20,2023/6/29,3步进电动机的结构,图75 三相反应式步进电动机结构原理图 图76 步进电动机的齿距,21,2023/6/29,步进电动机的矩角特性,22,2023/6/29,步进电动机的工作原理 步进电机由转子和定子组成。定子上有A、B、C三对绕组磁极,分别称为A相、B相、C相。转子是硅钢片等软磁材料迭合成的带齿廓形状的铁芯。这种步进电机称为三相步进电机。如果在定子的三对绕组中通直流电流,就会产生磁场。当A、B、C三对磁极的绕组依次轮流通电,则A
8、、B、C三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。,23,2023/6/29,图77 五定子反应式步进电动机结构原理图 图78 一段定子、转子及磁电路,24,2023/6/29,反应式步进电动机工作原理,25,2023/6/29,步进电机工作原理,26,2023/6/29,7.2.2步进电动机的工作原理,图79 反应式步进电动机结构原理图,三相步进电机的工作方式可分为:三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。,27,2023/6/29,a)b)c)图710 三相单三拍的工作过程,28,2023/6/29,若按ABC通电相序连续通电,则步进电机就连续地沿逆时针方向旋动,每换接一次通电相序,步进电机沿逆时
9、针方向转过30,即步距角为30。如果步进电机定子磁极通电相序按ACB进行,则转子沿顺时针方向旋转。上述通电方式称为三相单三拍通电方式。所谓“单”是指每次只有一相绕组通电的意思。从一相通电换接到另一相通电称为一拍,每一拍转子转动一个步距角,故所谓“三拍”是指通电换接三次后完成一个通电周期。,29,2023/6/29,a)b)图711 三相单双六拍的工作过程,30,2023/6/29,图4-3 三相六拍通电方式工作原理,31,2023/6/29,还有一种通电方式称为三相六拍通电方式,即按照AABBBCCCA相序通电,工作原理如图4-3所示。如果相通电,1、3齿与A相磁极对齐。当A、B两相同时通电,
10、因A极吸引1、3齿,极吸引2、4齿,转子逆时旋转15。随后A相断电,只有B相通电,转子又逆时旋转15,2、4齿与B相磁极对齐。如果继续按BCCCAA的相序通电,步进电机就沿逆时针方向,以15的步距角一步一步移动。这种通电方式采用单、双相轮流通电,在通电换接时,总有一相通电,所以工作比较平稳。,32,2023/6/29,33,2023/6/29,实际使用的步进电机,一般都要求有较小的步距角。因为步距角越小它所达到的位置精度越高。图是步进电机实例。图中转子上有40个齿,相邻两个齿的齿距角360/409。三对定子磁极均匀分布在圆周上,相邻磁极间的夹角为60。定子的每个磁极上有5个齿,相邻两个齿的齿距
11、角也是9。因为相邻磁极夹角(60)比7个齿的齿距角总和(9763)小3,而120比14个齿的齿距角总和(914126)小6,这样当转子齿和A相定子齿对齐时,B相齿相对转子齿逆时针方向错过3,而C相齿相对转子齿逆时针方向错过6。按照此结构,采用三相单三拍通电方式时,转子沿逆时针方向,以3步距角转动。采用三相六拍通电方式时,则步距角减为1.5。如通电相序相反,则步进电机将沿着顺时针方向转动。,34,2023/6/29,步进电机实例,35,2023/6/29,步进电机的特点步进电机的主要特点如下:(1)步进电机的输出转角与输入的脉冲个数严格成正比,故控制输入步进电机的脉冲个数就能控制位移量。(2)步
12、进电机的转速与输入的脉冲频率成正比,只要控制脉冲频率就能调节步进电机的转速。(3)当停止送入脉冲时,只要维持绕组内电流不变,电机轴可以保持在某固定位置上,不需要机械制动装置。,36,2023/6/29,(4)改变通电相序即可改变电机转向。(5)步进电机存在齿间相邻误差,但是不会产生累积误差。(6)步进电机转动惯量小,启动和停止迅速。由于步进电机有这些特点,所以在开环数控系统中获得广泛应用。,37,2023/6/29,7.2.3反应式步进电机的主要性能指标,1步距角及步距精度2最大静转矩 Tmax与起动转矩Tq3加减速特性4连续运行频率,38,2023/6/29,步进电机的最大负载能力,39,2
13、023/6/29,当电机所带负载 时,A相通电,工作点在m点,在此点MAmML。当励磁电流从A相切换到B相,而转子在点位置时,B相励磁绕组产生的电磁转矩是MBmML,转子旋转,前进到点时,MBnML,转子到达新的平衡位置。显然,负载转矩不可能大于A、B两交点的转矩Mq,否则转子无法转动,产生“失步”现象。不同相数的步进电机的启动转矩不同,启动转矩如表4-2所示。,40,2023/6/29,表4-2 步进电机启动转矩,41,2023/6/29,空载启动频率fq 步进电机在空载情况下,不失步启动所能允许的最高频率称为空载启动频率。在有负载情况下,不失步启动所能允许的最高频率将大大降低。例如70BF
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数控技术 第七 数控机床 伺服系统
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5362857.html