【正文】 CNC 第 數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 主要內(nèi)容 概述 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 直流伺服電機(jī)及其速度控制 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng) 直線電機(jī)及其在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用簡(jiǎn)介 位置控制CNC數(shù)控機(jī)床伺服 驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)伺服電機(jī)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主軸電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)伺服電機(jī)刀庫(kù)刀具定位電機(jī)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī)CNC 數(shù)控機(jī)床伺服 驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)控制方式數(shù)控機(jī)床電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要指對(duì)機(jī)床的工作臺(tái)和主軸的控制。其控制方式有三種，如下表CNC數(shù)控機(jī)床伺服 驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)開(kāi)環(huán)控制NC指令 步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器CNC數(shù)控機(jī)床伺服 驅(qū)動(dòng)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(jī)工作臺(tái)傳感器CNC 數(shù)控機(jī)床伺服 驅(qū)動(dòng)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(jī)工作臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)CNC 數(shù)控機(jī)床伺服 驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)混合式控制NC指令 位置控制 速度控制 電機(jī)工作臺(tái)比較器測(cè)速機(jī)旋變CNC 1 概述伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的定義 :? 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接收數(shù)控單元的 位移 /速度 控制指令 ,驅(qū)動(dòng)工作臺(tái) /主軸按照控制指令的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。? 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直接影響移動(dòng)速度、跟蹤精度、定位精度等一系列重要指標(biāo)，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)。CNC 1 概述伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用 :接受 CNC裝置發(fā)出的位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機(jī)（直流、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動(dòng)。CNC數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)1 概述CNC數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)1 概述UmrichterSIMODRIVE611digitalmitCNCSINUMERIK840DE/RModulNCULeistungsteilBedientafelfrontmitPCU20/50/70DrehstromServomotorenPeripherieSIMATICS7300DrehstromHauptspindelmotorCNC 1 概述一、數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求有：1．高精度 （ 輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度）2．穩(wěn)定性好 （ 抗干擾能力）3．響應(yīng)速度快 （ 系統(tǒng)跟蹤精度）4．電機(jī)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(duì)環(huán)境的適應(yīng)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(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)控制單元 執(zhí)行元件執(zhí)行元件反饋檢測(cè)單元反饋檢測(cè)單元機(jī)床機(jī)床進(jìn)給進(jìn)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(wú)檢測(cè)反饋裝置：開(kāi)環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按其用途和功能： 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；按其驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理：電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及直線電機(jī)伺服系統(tǒng)）CNC 1 概述CNC 1 概述閉環(huán)進(jìn)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(jī) 工作臺(tái) 位置檢測(cè)測(cè)量反饋速度檢測(cè)指令 速度環(huán)位置環(huán)CNC 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC按電磁吸引原理工作（以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的定子上有磁極，每個(gè)磁極上有激磁繞組，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，有周向均布的齒，依靠磁極對(duì)齒的吸合工作。2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)定子轉(zhuǎn)子定子繞組CNC 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)AB定子轉(zhuǎn)子IAIBIC兩個(gè)相對(duì)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)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?yàn)椋篈 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(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)1）三相單三拍工作方式：CNC 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)B39。A39。CC39。 BA3412A 相通電使轉(zhuǎn)子 3齒和 AA39。 對(duì)齊B 39。A39。CC39。 BA341 2BB39。A39。CC39。AB相通電，轉(zhuǎn)子 4齒和 B相軸線對(duì)齊CC相通電，轉(zhuǎn)子 3齒和 C相軸線對(duì)齊341 2A BC1324A BC1324ACNC 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)三相單三拍的特點(diǎn)：（ 1）每來(lái)一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 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(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)2)三相六拍工作方式通電順序?yàn)椋?A174。AB174。B174。BC174。C174。CA174。A 六拍。CNC通電順序A→ AB→ B→ BC→ C→ CA→ A… （逆時(shí)針）A→ AC→ C→ BC→ B→ CA→ A… （順時(shí)針）每步轉(zhuǎn)過(guò) 15176。 ，步距角是三相三拍工作方式的一半，特點(diǎn) ：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中始終有一相定子繞組通電，運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC3)雙三拍工作方式定子繞組通電順序?yàn)锳B→ BC→ CA→ AB… （轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）AC→ BC→ CA→ … （轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）有兩對(duì)磁極同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子的兩對(duì)齒進(jìn)行吸引，每步仍旋轉(zhuǎn) 30176。 。特點(diǎn) ：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(diǎn)2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC 實(shí)際上步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多 ，齒數(shù)越多，步距角越小2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 為改善運(yùn)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(cuò)開(kāi)齒距的 1／ m（ m電機(jī)相數(shù)）。 每次定子繞組通電狀態(tài)改變時(shí)，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)過(guò)齒距的 1／ m（如三相三拍）或 1／ 2m（如三相六拍）達(dá)到新的平衡位置。CNC 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)齒距的 1／ m（ m電機(jī)相數(shù)）3600/ZCNC轉(zhuǎn)子 40個(gè)齒，若通電為三相三拍，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒與A相定子齒對(duì)齊時(shí)，轉(zhuǎn)子齒與 B相定子齒相差（ 3176。），與 C相定子齒相差（ 6176。）。 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC每給一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)角度的理論值。 步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC靜態(tài)： 步進(jìn)電機(jī)處于通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子處在不動(dòng)狀態(tài)。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 Mj ： 在電機(jī)軸上施加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 M，轉(zhuǎn)子會(huì)在載荷方向上轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度 θ（ 失調(diào)角） ，轉(zhuǎn)子因而受到一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩 Mj的作用與負(fù)載平衡。2．矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 Mjmax和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Mq 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)矩角特性： 步進(jìn)電機(jī)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(dòng)頻率或突跳頻率 fq： 空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行狀態(tài)所允許的最高頻率。高于啟動(dòng)頻率，將不能正常起動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)的慣頻特性： 是指電機(jī)帶動(dòng)純慣性負(fù)載時(shí)啟動(dòng)頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。3．啟動(dòng)頻率 fq和啟動(dòng)時(shí)的慣頻特性 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)在帶負(fù)載（尤其是慣性負(fù)載）下的啟動(dòng)頻率比空載要低。CNC連續(xù)運(yùn)行頻率： 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，其運(yùn)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(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。運(yùn)行矩頻特性： 是描述步進(jìn)電機(jī)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。4．運(yùn)行矩頻特性 2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)CNC 步進(jìn)電機(jī)的 加減速特性 描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加、減速過(guò)程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系。 當(dāng)要求步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)到大于啟動(dòng)頻率的工作頻率時(shí)，變化速度必須逐漸上升；從最高工作頻率或高于啟動(dòng)頻率的工作頻率停止時(shí)，變化速度必須逐漸下降。逐漸上升和下降的加速