數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)(2)(編輯修改稿)
2025-05-28 00:09 本頁面
【文章內容簡介】 載情況下，理論的步距角與實際的步距角之差，一般在 10′ 之內。步距誤差主要由步進電機步距制造誤差，定子和轉子間氣隙不均勻以及各相電磁轉矩不均勻等因素造成。 黑龍江大學機電工程學院 (2) 啟動頻率 空載時，步進電機由靜止狀態(tài)突然起動，并進入不失步的正常運行的最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率，加給步進電機的指令脈沖頻率如大于啟動頻率，就不能正常工作。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。隨著負載加大（在允許范圍內），啟動頻率會進一步降低。 (3) 連續(xù)運行頻率 步進電機起動后，其運行速度能根據(jù)指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率，稱為連續(xù)運行頻率。其值遠大于啟動頻率，它也隨著電機所帶負載的性質和大小而異，與驅動電源也有很大關系。 第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng) 黑龍江大學機電工程學院 (4)矩頻特性與動態(tài)轉矩 矩頻特性是描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉矩與連續(xù)運行頻率之間的關系，該特性上每一個頻率對應的轉矩稱為動態(tài)轉矩。當步進電機正常運行時，若輸入脈沖頻率逐漸增加，則電動機所能帶動負載轉矩將逐漸下降。在使用時，一定要考慮動態(tài)轉矩隨連續(xù)運行頻率的上升而下降的特點。 M f 第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng) 黑龍江大學機電工程學院 第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng) 三 .步進電機的驅動控制線路 ? 功能： 將具有一定頻率 f、一定數(shù)量 N和方向的進給脈沖轉換成控制步進電機各相定子繞組通電、斷電的電平信號變化頻率、變化次數(shù)和通斷電順序。 ? 驅動控制器主要由 環(huán)形脈沖分配器和功率放大器 組成。 黑龍江大學機電工程學院 第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng) 功能： 將進給脈沖指令轉換成步進電機定子繞組通、斷電的電平信號，電平信號狀態(tài)的改變次數(shù)及順序與進給脈沖的個數(shù)與方向對應。即將數(shù)控裝置的插補脈沖，按步進電機所要求的規(guī)律分配給步進電機的各相輸入端，以控制勵磁繞組的通、斷電。 分類： 硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器。 ?硬件環(huán)形分配器：步進電機驅動裝置本身帶有環(huán)形分配器。 ?軟件環(huán)形分配器：驅動裝置本身無環(huán)形分配器，環(huán)形分配需要軟件完成。 功能： 將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號放大，以用足夠的功率來驅動步進電機。 黑龍江大學機電工程學院 第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng) 四 .提高步進伺服系統(tǒng)精度的措施 傳動元件的齒輪、絲杠制造裝配誤差使機械傳動鏈在改變運動或旋轉方向時，最初若干個指令脈沖只能起到消除間隙的作用，造成步進電機的空走，而工作臺無實際移動，從而產(chǎn)生傳動誤差。 補償方法：先測出并存儲間隙大小，接收反向位移指令時，先不向步進電機輸出反向位移脈沖，而將間隙值轉換為脈沖數(shù)，驅動步進電機轉動，越過傳動間隙，然后按照指令脈沖動作。 滾珠絲杠螺距的制造誤差直接影響機床工作臺的位移精度。 補償方法：設置若干個補償點，在每個補償點測量并記錄工作臺位移誤差，確定補償值并作為控制參數(shù)輸送給數(shù)控裝置。設備運行時，工作臺每經(jīng)過一個補償點， CNC系統(tǒng)就加入補償量，補償螺距誤差。 ： 將一個步距角細分為若干步的驅動方法。 黑龍江大學機電工程學院 第三節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng) 1 直流伺服電機 （ 1）直流伺服電機的結構 ?定子 ：產(chǎn)生定子磁極、磁場。 ?轉子 ：表面嵌有線圈，通直流電時，在定子磁場作用下產(chǎn)生帶負載旋轉的電磁轉矩。 ?電刷與換向片 ：為使產(chǎn)生的電磁轉矩保持恒定的方向，保證轉子能沿著固定方向均勻地連續(xù)旋轉，將電刷與外加直流電源連接，換向片與電樞線圈連接。 數(shù)控機床的使用的直流伺服電機主要是 大功率直流伺服電機 ： ?小慣量直流伺服電機：最大限度地減小電樞的轉動慣量，可以獲得較快的響應速度。 ?寬調速直流伺服電機：轉子直徑較大，力矩大，轉動慣量大，能在較大過載轉矩時長時間工作。 一、直流伺服電機與速度控制 黑龍江大學機電工程學院 其中： n為電機轉速， Ua為電樞外加電壓， Ce為反電動勢常數(shù)，Φ 為電機磁通量， Ra為電樞電阻， Cm為轉矩常數(shù)， M為電磁轉矩。 直流電機的三種調速方法： ?改變電樞外加電壓 Ua。 該方法可以得到調速范圍較寬的恒轉矩特性，機械特性好， 適用于主軸驅動的低速段和進給驅動 。 ?改變磁通量 Φ 。改變勵磁線圈電壓使磁通量改變 ，適用于主軸驅動的高速段，不適合于進給驅動。 ?改變電樞電路的電阻 Ra。該方法得到的機械特性較軟，不能實現(xiàn)無級調速，也不適合于數(shù)控機床。 目前應用最多的是 晶體管脈寬調制（ PWM）調速系統(tǒng) ：利用大功率晶體管的開關作用，將直流電壓轉換成一定頻率的方波電壓加到直流電機的電樞上，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，調節(jié)電機的轉速。 2 直流伺服電機速度調節(jié) 直流電機機械特性公式： MCCRCUnmeaea2?? ??第三節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng) 黑龍江大學機電工程學院 二、交流伺服電機與速度控制 直流電機缺點： ?電刷和換向器有磨損，有時會產(chǎn)生火花； ?換向器由多種材料制成，制作工藝復雜； ?電機最高速度受限制； ?結構復雜，成本較高。 交流伺服電動機沒有直流伺服電動機上述的缺點 ， 而且轉子慣量比直流伺服電動機小 ， 動態(tài)響應好 。 同樣體積下 ， 交流伺服電動機的輸出功率可比直流伺服電動機提高 10％ － 20％ 。 交流伺服電動機的 容量可以做得比直流伺服電動機大 ， 達到更高的轉速 。 從 80年代后期開始 ， 交流伺服電動機逐漸替代直流伺
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