數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng).ppt

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1、第六章數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)6.1概述6.1.1伺服系統(tǒng)的組成組成：伺服電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件。作用：接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)→由伺服驅(qū)動(dòng)電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后→經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置(直流、交流伺服電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液伺服閥—液壓馬達(dá)等)→機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)→驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)、主軸頭架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速運(yùn)動(dòng)。數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能，取決于組成它的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中各環(huán)節(jié)的特性，也取決于系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)性能參數(shù)的合理匹配。數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一個(gè)位置控制系統(tǒng)。6.1.2數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求準(zhǔn)確、可靠地執(zhí)行指令調(diào)速范圍寬

2、-----10000：1以上，且穩(wěn)定性好帶負(fù)載能力強(qiáng)------負(fù)載特性硬；足夠大的加（減）速力矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快-----快速跟隨指令脈沖，可頻繁起、停、反向；盡快消除負(fù)載擾動(dòng)誤差無(wú)累積位置精度高返回下一頁(yè)上一頁(yè)6.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)CNC步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)電路工作臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單特點(diǎn)：適用于速度不高及精度較低場(chǎng)合可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)提高定位精度及低速特性6.2.1步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理1.定義步進(jìn)電機(jī)亦稱脈沖電機(jī)（控制電機(jī)），是把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（或線位移）的電—機(jī)械裝置，是一種輸出與輸入的數(shù)字脈沖對(duì)應(yīng)的增量驅(qū)動(dòng)元件。2.分類永磁式按工作原理分反應(yīng)式工作原理不同，結(jié)構(gòu)不同永

3、磁感應(yīng)式混合式?按勵(lì)磁相數(shù)分：3相、4相、5相、6相等快速步進(jìn)電機(jī)?按功率分：功率步進(jìn)電機(jī)3.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成定子上有繞組分為若干相，每相磁極上有極齒。左圖為三相定子：AA’,BB’,CC’A、B、C三相每相兩極，每極上五個(gè)齒1)定子五個(gè)極齒定子上線圈的繞法下一頁(yè)上一頁(yè)返回2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上有均勻分布的齒，沒(méi)有繞組。轉(zhuǎn)子齒間夾角為9o左圖為一轉(zhuǎn)子示意圖：下一頁(yè)上一頁(yè)返回下一頁(yè)上一頁(yè)步進(jìn)電機(jī)返回步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器下一頁(yè)上一頁(yè)返回下一頁(yè)上一頁(yè)步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器返回5.工作原理三拍通電激磁，步距角θs==3o一般θs=m——繞組相數(shù)；Z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)。六拍

4、通電激磁，步距角θs==1.5o下一頁(yè)上一頁(yè)返回定子繞組通斷電順序→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向定子繞組通斷電轉(zhuǎn)換頻率→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速定子繞組通斷電次數(shù)→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角三相單三拍A→B→C→A（K=1）三相雙三拍AB→BC→CA→AB（K=1）三相六拍A→AB→B→BC→C→CA→A（K=2）通斷電方式下一頁(yè)上一頁(yè)6.步進(jìn)電機(jī)的主要特征a.步距誤差不積累，轉(zhuǎn)一圈后，步距誤差為0步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)特點(diǎn)：b.轉(zhuǎn)速與脈沖頻率f成正比1）靜態(tài)距角特征定義：靜態(tài)時(shí)（步進(jìn)電機(jī)某相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子處于不動(dòng)狀態(tài)），電磁轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角θ之間的關(guān)系，即T＝f(θ)當(dāng)某相繞組通電時(shí)有，轉(zhuǎn)子無(wú)力矩輸出，加一負(fù)載力矩TL。轉(zhuǎn)子瞬時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一

5、個(gè)角度θ，當(dāng)T＝TL時(shí)平衡。θ（失調(diào)角）經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)，步進(jìn)電機(jī)繞組的矩角特性為正弦曲線。靜態(tài)距角特性的物理意義：在靜態(tài)下，轉(zhuǎn)子受TL作用θ≠0，但只要θ≠±π時(shí)，當(dāng)TL撤除后，在電磁力矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然回到其穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)0。一般，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的距角特性必須大致相同，否則會(huì)引起低頻振動(dòng)使精度下降。常采用調(diào)整相電流的方法，使距角特性大致相同。2）啟動(dòng)頻率定義：步進(jìn)電機(jī)在帶載狀態(tài)下，能夠不失步啟動(dòng)的最高頻率fst。一般空載啟動(dòng)頻率比帶載高。一般在fst下的最大轉(zhuǎn)矩稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq，設(shè)計(jì)中Tq≥TL。在步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品說(shuō)明書中給定了Tmax，可以通過(guò)上表查出Tq，反過(guò)來(lái)核算其帶載的能力

6、。從下圖可以看出θs減小兩繞組距角特性之交點(diǎn)Tq增大。0.8660.8660.9510.8090.7070.7070.8660.5Tq/Tmax1261058463拍數(shù)6543相數(shù)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩3）最高工作頻率步進(jìn)電機(jī)工作頻率連續(xù)上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)不失步運(yùn)行的最高頻率稱為最高工作頻率。它的值也和負(fù)載有關(guān)。很顯然，在同樣負(fù)載下，最高工作頻率遠(yuǎn)大于己于啟動(dòng)頻率.在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，步進(jìn)電機(jī)的電磁力矩隨頻率的升高而急劇下降，這兩者的關(guān)系稱為矩頻特性.4）矩頻特性4)步距角（θ）及步距誤差步距角是兩個(gè)相臨脈沖時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度,一般來(lái)說(shuō)步距角越小,控制越精確。步距誤差直接影響執(zhí)行部

7、件的定位精度.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相通電時(shí),步距誤差取決于定子和轉(zhuǎn)子的分齒精度,和各相定子錯(cuò)位角度的精度。多相通電時(shí),其不僅與上述因素有關(guān),還和各相電流大小,磁路性能有關(guān)。返回下一頁(yè)上一頁(yè)（2）穩(wěn)態(tài)即步進(jìn)電機(jī)的換相頻率為恒定的情況，即換相頻率較寬，是從0～fmax之間，在這個(gè)頻率范圍中分為三個(gè)區(qū)。a.低頻區(qū)即低于共振區(qū)間，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一步的時(shí)間周期比換相周期短。轉(zhuǎn)子每一步表現(xiàn)為衰減振動(dòng)，最后穩(wěn)定于平衡位置，轉(zhuǎn)子從0增大到amax啟動(dòng)，然后以衰減振動(dòng)形成停在新的平衡位置；引起步進(jìn)電