數(shù)控機床伺服驅動系統(tǒng)(已修改)
2025-01-08 16:30 本頁面
【正文】 第 5章 數(shù)控機床伺服驅動系統(tǒng) 數(shù)控機床伺服驅動系統(tǒng) ?概述 ?數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng) ?數(shù)控機床進給驅動系統(tǒng) 概述 ?伺服系統(tǒng)的組成 ?數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的基本要求 ?伺服系統(tǒng)的分類 一、伺服系統(tǒng)的組成 ? 數(shù)控伺服系統(tǒng)由伺服電機（ M）、驅動信號控制轉換電路、電力電子驅動放大模塊、電流調(diào)解單元、速度調(diào)解單元、位置調(diào)解單元和相應的檢測裝置（如光電脈沖編碼器 G）等組成。一般閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結構如圖 。它是一個三環(huán)結構系統(tǒng)，其中，外環(huán)是位置環(huán)，中環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。 伺服系統(tǒng)的組成 ? 位置環(huán)由位置調(diào)節(jié)控制模塊、位置檢測和反饋控制部分組成； ? 速度環(huán)由速度比較調(diào)節(jié)器、速度反饋和速度檢測裝置（如測速發(fā)電機、光電脈沖編碼器等）組成； ? 電流環(huán)由電流調(diào)節(jié)器、電流反饋和電流檢測環(huán)節(jié)組成。電力電子驅動裝置由驅動信號產(chǎn)生電路和功率放大器等組成。 二、數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的基本要求 1）精度高 ? 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復現(xiàn)輸入量的精確程度。作為數(shù)控加工，對定位精度和輪廓加工精度要求都比較高，定位精度一般允許的偏差為~，甚至 。輪廓加工精度與速度控制、聯(lián)動坐標的協(xié)調(diào)一致控制有關。在速度控制中，要求較高的調(diào)速精度，具有比較強的抗負載擾動能力，對靜態(tài)、動態(tài)精度要求都比較高。 數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的基本要求 2） 穩(wěn)定性好 ?穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態(tài)，對伺服系統(tǒng)要求有較強的抗干擾能力。穩(wěn)定性是保證數(shù)控機床正常工作的條件，直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。 數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的基本要求 3） 快速響應 ? 快速響應是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，要求伺服系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應要快。一方面要求過渡過程（電機從靜止到額定轉速）的時間要短，一般在 200ms以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒；另一方面要求超調(diào)要小。這二方面的要求往往是矛盾的，實際應用中要采取一定措施，按工藝加工要求做出一定的選擇。 數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的基本要求 4）調(diào)速范圍寬 ? 調(diào)速范圍是 指生產(chǎn)機械要求電機能提供的最高轉速和最低轉速之比。通常表示為： ? 在數(shù)控機床中，由于加工用刀具，被加工材質(zhì)及零件加工要求的不同，進給伺服系統(tǒng)需要具有足夠寬的調(diào)速范圍。目前較先進的水平是，在分辨率為 1的情況下，進給速度范圍為 0~240m/min，且無級連續(xù)可調(diào)。但對于一般的數(shù)控機床而言，要求進給伺服系統(tǒng)在 0~24m/min進給速度范圍內(nèi)都能工作就足夠了。 nR minmaxnnRn ? 數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的基本要求 5） 低速大轉矩 ?機床加工的特點是，在低速時進行重切削。因此，要求伺服系統(tǒng)在低速時要有大的轉矩輸出。進給坐標的伺服控制屬于恒轉矩控制，在整個速度范圍內(nèi)都要保持這個轉矩；主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉矩控制，能提供較大轉矩；在高速時為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。 三、伺服系統(tǒng)的分類 （ 1）按調(diào)節(jié)理論分類 ?開環(huán)伺服系統(tǒng) ?閉環(huán)伺服系統(tǒng) ?半閉環(huán)系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的分類 （ 2）按使用的執(zhí)行元件分類 ?電液伺服系統(tǒng) ?電氣伺服系統(tǒng) （步進伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)） 伺服系統(tǒng)的分類 （ 3）按被控對象分類 ?進給伺服系統(tǒng) ?主軸伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的分類 （ 4）按反饋比較控制方式分類 ?脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng) ?相位比較伺服系統(tǒng) ?幅值比較伺服系統(tǒng) ?全數(shù)字伺服系統(tǒng) 數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng) ?主軸驅動裝置及工作特性 ?主軸分段無極變速及控制 ?主軸準?？刂? ?主軸與進給軸關聯(lián)控制 一、主軸驅動裝置及工作特性 （ 1）主軸電動機及驅動裝置 ? 數(shù)控機床的主軸驅動系統(tǒng)由主軸驅動裝置和主軸電動機兩部分構成，有直流電動機及相應的驅動裝置和交流電動機及相應的驅動裝置兩種。 ? 直流電動機及驅動裝置 ? 數(shù)控機床進給軸采用永磁式伺服電動機和脈寬調(diào)制（ PWM）調(diào)速裝置，其特點是慣性小、調(diào)速性能優(yōu)越，便于位置控制應用。但永磁式伺服電動機和脈寬調(diào)制（ PWM）調(diào)速裝置都不能適應主軸電動機輸出功率的要求，數(shù)控機床的主軸電動機一般只能采用它勵式直流電動機和三相全控晶閘管調(diào)速裝置。為縮小電動機體積并改善冷卻效果，常采用軸向強迫風冷或熱管冷卻方式。 主軸電動機及驅動裝置 ?交流電動機及驅動裝置 ? 輸出轉換型交流主軸電動機 ：為滿足機床切削的需要，要求主軸電動機在任何刀具切削速度下都能提供恒定的功率， FANUC公司開發(fā)出一種稱為輸出轉換型交流主軸電動機。其輸出切換方法很多，包括三角形 — 星形切換和繞組數(shù)切換，或二者組合切換。尤其是繞組數(shù)切換方法比較方便，而且，每套繞組都能分別設計成最佳的功率特性，能得到非常寬的恒功率范圍。 交流電動機及驅動裝置 ? 液體冷卻主軸電動機 ：其結構特點是在電動機外殼和前端蓋中間有一個獨特的油路通道，用強迫循環(huán)的潤滑油經(jīng)此來冷卻繞組和軸承，使電動機可在 20230r/min高速下連續(xù)運行。這類電動機的恒功率范圍也很寬。 ? 內(nèi)裝式主軸電動機（電主軸） ：將主軸與電動機合為一體。電動機軸就是主軸本身，而電動機的定子被拼入在主軸內(nèi)。內(nèi)裝式主軸電動機由空心軸轉子、帶繞組的定子和檢測器三部分組成。由于電動機與主軸合二為一，既簡化了結構，也消除了振動，降低了噪聲，非常有利于高速運行。 主軸驅動裝置及工作特性 （ 2） 主軸驅動工作特性 二、主軸分段無極變速及控制 （ 1）分段無級變速原理 ? 數(shù)控機床采用無級調(diào)速主軸機構，可以大大簡
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