【正文】 CNC 第 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 主要內(nèi)容 概述 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng) 直流伺服電機及其速度控制 交流伺服電機及其速度控制系統(tǒng) 直線電機及其在數(shù)控機床中的應用簡介 位置控制CNC數(shù)控機床伺服 驅(qū)動及控制技術(shù)伺服電機在數(shù)控機床上的應用主軸電機帶制動器伺服電機伺服電機刀庫刀具定位電機機械手旋轉(zhuǎn)定位電機CNC 數(shù)控機床伺服 驅(qū)動及控制技術(shù)控制方式數(shù)控機床電機驅(qū)動主要指對機床的工作臺和主軸的控制。其控制方式有三種，如下表CNC數(shù)控機床伺服 驅(qū)動及控制技術(shù)開環(huán)控制NC指令 步進電機工作臺步進電機驅(qū)動器CNC數(shù)控機床伺服 驅(qū)動及控制技術(shù)半閉環(huán)控制NC指令 位置控制 速度控制 電機工作臺傳感器CNC 數(shù)控機床伺服 驅(qū)動及控制技術(shù)全閉環(huán)控制NC指令 位置控制 速度控制 電機工作臺測速發(fā)電機CNC 數(shù)控機床伺服 驅(qū)動及控制技術(shù)混合式控制NC指令 位置控制 速度控制 電機工作臺比較器測速機旋變CNC 1 概述伺服驅(qū)動系統(tǒng)的定義 :? 伺服驅(qū)動系統(tǒng)接收數(shù)控單元的 位移 /速度 控制指令 ,驅(qū)動工作臺 /主軸按照控制指令的要求進行運動。? 伺服驅(qū)動系統(tǒng)直接影響移動速度、跟蹤精度、定位精度等一系列重要指標，是數(shù)控機床的關(guān)鍵技術(shù)。CNC 1 概述伺服驅(qū)動系統(tǒng)的作用 :接受 CNC裝置發(fā)出的位移指令信號，由伺服驅(qū)動裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機（直流、交流伺服電機、步進電機等）和機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給或快速運動。CNC數(shù)控機床的伺服驅(qū)動1 概述CNC數(shù)控機床的伺服驅(qū)動1 概述UmrichterSIMODRIVE611digitalmitCNCSINUMERIK840DE/RModulNCULeistungsteilBedientafelfrontmitPCU20/50/70DrehstromServomotorenPeripherieSIMATICS7300DrehstromHauptspindelmotorCNC 1 概述一、數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求有：1．高精度 （ 輸出量能復現(xiàn)輸入量的精確程度）2．穩(wěn)定性好 （ 抗干擾能力）3．響應速度快 （ 系統(tǒng)跟蹤精度）4．電機調(diào)速范圍寬 （ 最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速比）5．低速大轉(zhuǎn)矩6．可靠性高 (對環(huán)境的適應性 )CNC 1 概述二、伺服系統(tǒng)的基本組成比較控制環(huán)節(jié)比較控制環(huán)節(jié) 驅(qū)動控制單元驅(qū)動控制單元 執(zhí)行元件執(zhí)行元件反饋檢測單元反饋檢測單元機床機床進給進給指令指令CNC 1 概述三、伺服系統(tǒng)的分類按控制原理和有無檢測反饋裝置：開環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按其用途和功能： 進給驅(qū)動系統(tǒng) 和主軸驅(qū)動系統(tǒng)；按其驅(qū)動執(zhí)行元件的動作原理：電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)、電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)（直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)及直線電機伺服系統(tǒng)）CNC 1 概述CNC 1 概述閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)位置控制模塊速度控制單元伺服電機 工作臺 位置檢測測量反饋速度檢測指令 速度環(huán)位置環(huán)CNC 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)CNC按電磁吸引原理工作（以反應式步進電機為例）反應式步進電機的定子上有磁極，每個磁極上有激磁繞組，轉(zhuǎn)子無繞組，有周向均布的齒，依靠磁極對齒的吸合工作。2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)定子轉(zhuǎn)子定子繞組CNC 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)AB定子轉(zhuǎn)子IAIBIC兩個相對的磁極組成 一相 。注意： 這里的“相 ”和三相交流電中的 “相 ”的概念不同。步進電機通的是電脈沖，主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。CNC 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)步進電機的工作方式 (通電順序 )可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。1）三相單三拍：（ 1）三相繞組聯(lián)接方式： Y 型（ 2）三相繞組中的通電順序為：A 相 174。 B 相 174。 C 相通電順序也可以為： A 相 174。 C 相 174。 B 相 CNC 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)1）三相單三拍工作方式：CNC 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)B39。A39。CC39。 BA3412A 相通電使轉(zhuǎn)子 3齒和 AA39。 對齊B 39。A39。CC39。 BA341 2BB39。A39。CC39。AB相通電，轉(zhuǎn)子 4齒和 B相軸線對齊CC相通電，轉(zhuǎn)子 3齒和 C相軸線對齊341 2A BC1324A BC1324ACNC 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)三相單三拍的特點：（ 1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 30?。（ 2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序。（ 3）每次定子繞組只有一相通電，在切換瞬間失去自鎖轉(zhuǎn)矩，容易產(chǎn)生失步，只有一相繞組產(chǎn)生力矩吸引轉(zhuǎn)子，在平衡位置易產(chǎn)生振蕩 CNC 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)2)三相六拍工作方式通電順序為： A174。AB174。B174。BC174。C174。CA174。A 六拍。CNC通電順序A→ AB→ B→ BC→ C→ CA→ A… （逆時針）A→ AC→ C→ BC→ B→ CA→ A… （順時針）每步轉(zhuǎn)過 15176。 ，步距角是三相三拍工作方式的一半，特點 ：電機運轉(zhuǎn)中始終有一相定子繞組通電，運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)CNC3)雙三拍工作方式定子繞組通電順序為AB→ BC→ CA→ AB… （轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)）AC→ BC→ CA→ … （轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)）有兩對磁極同時對轉(zhuǎn)子的兩對齒進行吸引，每步仍旋轉(zhuǎn) 30176。 。特點 ：始終有一相定子繞組通電，工作比較平穩(wěn)。避免了單三拍通電方式的缺點2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)CNC 實際上步進電機 轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多 ，齒數(shù)越多，步距角越小2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng) 為改善運行性能， 定子磁極上的齒 的齒距與轉(zhuǎn)子的齒距相同，但各極的齒依次與轉(zhuǎn)子的齒錯開齒距的 1／ m（ m電機相數(shù)）。 每次定子繞組通電狀態(tài)改變時，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)過齒距的 1／ m（如三相三拍）或 1／ 2m（如三相六拍）達到新的平衡位置。CNC 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)齒距的 1／ m（ m電機相數(shù)）3600/ZCNC轉(zhuǎn)子 40個齒，若通電為三相三拍，當轉(zhuǎn)子齒與A相定子齒對齊時，轉(zhuǎn)子齒與 B相定子齒相差（ 3176。），與 C相定子齒相差（ 6176。）。 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)CNC每給一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度的理論值。 步進電機的主要特性1．步距角 α m— 定子相數(shù)； z— 轉(zhuǎn)子齒數(shù)； k— 通電系數(shù)， m相 m拍 ， k＝ 1； m相 2m拍， k＝ 2。 α 一般很小 ，如： 3176。 ／ 176。 ， 176。 ／ 176。 ，176。 ／ 176。 等2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)CNC靜態(tài)： 步進電機處于通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子處在不動狀態(tài)。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 Mj ： 在電機軸上施加一個負載轉(zhuǎn)矩 M，轉(zhuǎn)子會在載荷方向上轉(zhuǎn)過一個角度 θ（ 失調(diào)角） ，轉(zhuǎn)子因而受到一個電磁轉(zhuǎn)矩 Mj的作用與負載平衡。2．矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 Mjmax和啟動轉(zhuǎn)矩 Mq 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)矩角特性： 步進電機單相通電的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mj隨失調(diào)角 θ的變化曲線。CNC啟動頻率或突跳頻率 fq： 空載時，步進電機由靜止突然啟動并進入不丟步的正常運行狀態(tài)所允許的最高頻率。高于啟動頻率，將不能正常起動。啟動時的慣頻特性： 是指電機帶動純慣性負載時啟動頻率和負載轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系。3．啟動頻率 fq和啟動時的慣頻特性 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)步進電機在帶負載（尤其是慣性負載）下的啟動頻率比空載要低。CNC連續(xù)運行頻率： 步進電機啟動后，其運行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率。 其值遠大于啟動頻率。運行矩頻特性： 是描述步進電機在連續(xù)運行時，輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系。4．運行矩頻特性 2 步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)CNC 步進電機的 加減速特性 描述步進電機由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加、減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關(guān)系。 當要求步進電機啟動到大于啟動頻率的工作頻率時，變化速度必須逐漸上升；從最高工作頻率或高于啟動頻率的工作頻率停止時，變化速度必須逐漸下降。逐漸上升和下降的加速