數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)-文庫吧在線文庫
【正文】 ? 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸采用永磁式伺服電動機(jī)和脈寬調(diào)制（ PWM）調(diào)速裝置，其特點(diǎn)是慣性小、調(diào)速性能優(yōu)越，便于位置控制應(yīng)用。 ? 內(nèi)裝式主軸電動機(jī)（電主軸） ：將主軸與電動機(jī)合為一體。圖 為采用與不采用齒輪減速主軸的輸出特性。 ? M代碼輸出 ?M選通 ?M代碼確認(rèn) ?M代碼執(zhí)行 ?主軸蠕動 ?換擋完成 ?轉(zhuǎn)速設(shè)定 主軸分段無極變速及控制 （ 3）變擋機(jī)構(gòu) ? 液壓撥叉變擋機(jī)構(gòu)： 液壓撥叉是用一只或幾只液壓缸帶動齒輪移動的變速機(jī)構(gòu)。摩擦片式電磁離合器采用摩擦片傳遞轉(zhuǎn)矩，允許不停車變速。 ②當(dāng)采用主軸電動機(jī)軸端編碼器檢測位置信號，主軸傳動鏈的精度可能對準(zhǔn)?？刂凭犬a(chǎn)生影響。單個(gè)碼盤組成的絕對式脈沖編碼器，只能測量 0176。 1）進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)控制 ? 在數(shù)控車床上加工圓柱螺紋時(shí)，無論螺紋是等距螺紋還是變距螺紋，都要求主軸轉(zhuǎn)速與刀具軸向進(jìn)給保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系，數(shù)控系統(tǒng)必須具有主軸轉(zhuǎn)速與軸向進(jìn)給量關(guān)聯(lián)控制功能。由切削速度與主軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知，若保持切削速 v恒定不變，當(dāng)切削直徑 D逐漸減小時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速 n必須逐漸增大。 ? 現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)幾乎全部采用全電氣伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)。一般電刷與外加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。永磁同步電動機(jī)主要由三部分組成：定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件（轉(zhuǎn)子位置傳感器和測速發(fā)電機(jī)）。 m in)/()1()1(60 01 rsnsp fn ???? 交流伺服電動機(jī) ?正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）變頻調(diào)速 正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）變頻調(diào)速 二、開環(huán)進(jìn)給伺服控制 （ 1）步進(jìn)電動機(jī)工作原理及特性 ? 步進(jìn)電動機(jī)（ Step Motor），是一種用電脈沖信號控制，可將電脈沖信號按正比關(guān)系轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。也就是說，先接通 A相繞組；以后再同時(shí)接通 A、 B相繞組；然后斷開 A相繞組，使 B相繞組單獨(dú)接通；再同時(shí)接通 B、 C相繞組，依此進(jìn)行。實(shí)際使用中，單三拍通電方式由于在切換時(shí)一相繞組斷電而另一相繞組開始通電容易造成失步。一般情況下，步距角越小，加工精度越高。 步進(jìn)電動機(jī)特性 ?連續(xù)運(yùn)行最高工作頻率 fmax： 步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，它所能接受的，即保證不丟步運(yùn)行的極限頻率值。 步進(jìn)電動機(jī)特性 ?矩頻特性和動態(tài)轉(zhuǎn)矩 矩頻特性描述步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系，如圖 。故應(yīng)兼顧精度與速度的要求來選定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。已知負(fù)載轉(zhuǎn)矩，可以在起動矩頻特性曲線中查出起動頻率。所謂單 m拍是指每拍只有一相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m；雙 m拍是指每拍同時(shí)有兩相通電，循環(huán)拍數(shù)為m；三 m拍是每拍有三相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m拍； 2m拍是各拍既有單相通電，也有兩相或三相通電，通常為 1~2相通電或 2～ 3相通電，循環(huán)拍數(shù)為 2m，如表 ，步進(jìn)電動機(jī)相數(shù)越多，工作方式也越多。 脈沖分配 脈沖分配 ? 采用小規(guī)模集成電路搭接而成的三相六拍環(huán)形脈沖分配器，如圖 。 閉環(huán)進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 ?閉環(huán)進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)傳遞函數(shù) ? 前向通道的傳遞函數(shù)表達(dá)式為 ? 閉環(huán)傳遞函數(shù)為 ? 半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一個(gè)典型的二階系統(tǒng)。它可以實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電動機(jī)的各種環(huán)形分配，使用方便、接口簡單。表 ，可將表中狀態(tài)代碼 01H、 03H、 02H、 06H、 04H、 05H列入程序數(shù)據(jù)表中，通過軟件可順次在數(shù)據(jù)表中提取數(shù)據(jù)并通過輸出接口輸出即可，通過正向順序讀取和反向順序讀取可控制電動機(jī)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電動機(jī)的選用 開環(huán)進(jìn)給伺服控制 （ 4）步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動 ? 步進(jìn)電動機(jī)工作方式：步進(jìn)電動機(jī)的工作方式和一般電動機(jī)的不同，它是采用脈沖控制方式工作的。通常應(yīng)將步進(jìn)電動機(jī)的步距誤差、負(fù)載引起的定位誤差和傳動機(jī)構(gòu)的誤差全部考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機(jī)床允許的定位誤差。但增大轉(zhuǎn)矩與快速運(yùn)行存在一定矛盾，高性能與低成本存在矛盾，因此，在實(shí)際選用時(shí)必須綜合考慮。 步進(jìn)電動機(jī)特性 ?加、減速特性 步進(jìn)電動機(jī)的加、減速特性是描述步進(jìn)電動機(jī)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(shí)間的關(guān)系。 步進(jìn)電動機(jī)特性 ?起動頻率 fq ：步進(jìn)電動機(jī)空載時(shí)，由靜止突然起動，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率值，稱為起動頻率或突跳頻率，用 fq表示。所以步進(jìn)電動機(jī)按雙三拍通電方式運(yùn)行時(shí)，它的步距角和單三拍通電方式相同，也是 30176。采用單、雙六拍通電方式后，步進(jìn)電動機(jī)由 A相繞組單獨(dú)通電到 B相繞組單獨(dú)通電，中間還要經(jīng)過 A、 B兩相同時(shí)通電這個(gè)狀態(tài)，也就是說要經(jīng)過二拍轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)過 30176。也有的采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的數(shù)控機(jī)床同時(shí)采用了位置檢測元件，構(gòu)成了反饋補(bǔ)償型的驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)。同一種鐵心和相同的磁鐵塊數(shù)可以裝成不同的極數(shù)。 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)組成與分類 （ 4）交流伺服電動機(jī) ? 交流伺服電動機(jī)，特別是籠型感應(yīng)電動機(jī)，沒有直流電動機(jī)所具有的電刷，且無換向器磨損問題，無需經(jīng)常維護(hù)，也無因換向時(shí)產(chǎn)生火花使電動機(jī)轉(zhuǎn)速受限，從而限制使用環(huán)境等問題。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，將直流伺服電動機(jī)分為永磁式和電磁式（它勵(lì)式）。常用的有電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。在多次循環(huán)切削同一螺紋時(shí)，該零位信號可作為刀具切入點(diǎn)，以確保螺紋螺距不出現(xiàn)亂扣現(xiàn)象。絕對式脈沖編碼器碼盤常用的碼制有二進(jìn)制、循環(huán)碼、十進(jìn)制碼等幾種。為提高其分辨率，通常采用電子線路進(jìn)行倍頻細(xì)分。在自動換刀的鏜、銑加工中心上，切削扭矩通常是通過刀桿的端面鍵傳遞的，因此，要求主軸具有準(zhǔn)確的定位于圓周特定角度的功能（見圖 ）；當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時(shí)，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工過的孔表面，必須先讓刀，再退刀。 變擋機(jī)構(gòu) ? 電磁離合器變擋機(jī)構(gòu) ：電磁離合器可以通過控制線圈的通斷，來控制傳動鏈接續(xù)和切斷，便于實(shí)現(xiàn)電氣自動控制
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