數(shù)控機床的驅動與控制系統(tǒng)(編輯修改稿)
2024-09-12 02:07 本頁面
【文章內容簡介】 ， 它所測量的不是一段距離的變化量 ， 而是通過檢測 ， 確定是否已到達某一位置 。 因此 ， 它不需要產生連續(xù)變化的模擬量 ，只需要產生能反映某種狀態(tài)的開關量即可 。 這種檢測元件常用于數(shù)控機床更換刀具 、 工件或工作臺到位或行程限制等輔助機能的信號檢測 。 三、 位置檢測元件 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 39 39 位置檢測元件分為 接觸式 和 接近式 兩種 。 接觸式位置檢測元件必須與被測物接觸才能產生信號 ， 如微動開關 、 行程開關等 ， 而接近式無需直接接觸 ， 檢測元件與被測物之間通過光電 、 電磁或超聲波等獲得信號 ， 如電磁式接近開關 。 接觸式可靠性高 、 壽命有限 ， 用于限位 接近式無磨損 、 壽命長 。 三、 位置檢測元件 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 40 40 數(shù)控機床常用的幾種位置檢測元件 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 41 41 伺服驅動裝置 （一）概述 伺服系統(tǒng) 是以機械位置或角度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。 伺服驅動電路 伺服驅動裝置(電機 ) 機械傳動機構 執(zhí)行部件 CNC 伺服驅動系統(tǒng) 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 42 42 伺服驅動裝置 （一）概述 在數(shù)控機床中 ， CNC控制器經過插補運算生成的進給脈沖或進給位移量指令輸入到伺服系統(tǒng) ， 由伺服驅動電路經變換和傳遞放大后 ，經伺服驅動裝置和機械傳動部件 ， 驅動機床的工作臺 ， 主軸頭架等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給和快速運動 ， 轉化為機床機械部件高精度運動 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 43 43 伺服驅動裝置 （ 一 ） 概述 伺服系統(tǒng)既是數(shù)控機床控制器與刀具 、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié) ． 又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié) ， 它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機床的性能 。 因此 ． 伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機床的關鍵技術之一 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 44 44 （ 二 ） 伺服系統(tǒng)的基本技術要求 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 ，定位精度一般為 ， 甚至 。 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 ， 保證進給速度均勻 、平穩(wěn) 。 穩(wěn)定性直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 45 45 （ 二 ） 伺服系統(tǒng)的基本技術要求 能夠快速響應 快速響應是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質的重要指標 ，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 。 調速范圍寬 不僅能滿足低速切削進給要求 ， 如5mm/min， 還要求滿足高速進給要求 ， 如20220 mm/min。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 46 46 （ 三 ） 伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展概況 在 50年代 ， 數(shù)控機床主要采用液壓驅動 ， 稱為液壓伺服系統(tǒng) ， 這種系統(tǒng)的優(yōu)點是剛性好 ， 時間常數(shù)小 。 60年代初 ， 在日本首次推出了步進電機開環(huán)伺服驅動系統(tǒng) ， 這種系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單 ， 價格低廉 ， 使用維修方便 ， 所以在數(shù)控設備中被廣泛采用 . 隨著生產的發(fā)展 ， 對伺服驅動系統(tǒng)的精度 、 速度等性能指標要求更高 ， 輸出功率要求更大 ， 而步進電機開環(huán)伺服驅動系統(tǒng)不能滿足要求 。 70年代 ， 直流電機伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制 ，精度提高一個數(shù)量級 ， 調速范圍可達 1： 10000， 運行速度提高到 1524m/min。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 47 47 （ 三 ） 伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展概況 直流電機伺服系統(tǒng)的缺點是結構復雜 ， 價格昂貴 。 在 80年代以后 ， 微機和微電子技術的迅速發(fā)展 ，為交流電機伺服系統(tǒng)的調速控制提供了條件 ， 伺服系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是交流伺服驅動系統(tǒng)逐漸取代了直流伺服驅動系統(tǒng) 。 據(jù)國外資料統(tǒng)計： 1975年 ， 直流伺服驅動系統(tǒng)占 80%， 交流伺服驅動系統(tǒng)占 20%；1985年 ， 交流伺服驅動系統(tǒng)占 80%， 直流伺服驅動系統(tǒng)占 20%。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 48 48 （ 四 ） 數(shù)控機床對伺服電動機的要求 為了滿足數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求 ，對電氣伺服驅動系統(tǒng)的執(zhí)行元件 ——伺服電動機也必須有較高的要求； ① 電動機從最低進給速度到最高進給速度范圍內都能平滑地運轉；轉速波動要小 ， 尤其在最低速度轉速時 ， 如 ／ min或更低轉速時 ， 仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象 。 ② 電動機應具有大的 、 較長時間的過載能力 ， 以滿足低速大轉矩的要求 。 例如 ， 電動機能在數(shù)分鐘內過載 4－ 6倍而不損壞 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 49 49 （ 四 ） 數(shù)控機床對伺服電動機的要求 ③ 為了滿足快速響應的要求 ， 即隨著控制信號的變化 ， 電動機應能在較短時間內完成必須的動作 。 快的反應速度直接影響到系統(tǒng)的品質 。 因此 ， 要求電動機必須具有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩 ， 盡可能小的電動機時間常數(shù)和起動電壓 。 ④ 電動機應能承受頻繁的起動 、 制動和反轉 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 50 主軸電機 帶制動器伺服電機 伺服電機 刀庫刀具定位電機 機械手旋轉定位電機 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 51 51 （ 五 ） 常用伺服電動機 常用的伺服執(zhí)行元件主要有 : ? 直流伺服電動機 ? 交流伺服電動機 ? 步進電動機 ? 直接驅動電動機 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 52 52 步進電動機 步進電機 是一種將 電脈沖 信號轉換成 機械角 位移 的電磁裝置 。 由于所用電源是 脈沖電源 ， 所以也稱為 脈沖馬達 。 步進電機是一種特殊的電機 ， 一般電機通電后連續(xù)旋轉 ， 而步進電機則跟隨輸入脈沖按節(jié)拍一步一步地轉動 。 對步進電機施加一個電脈沖信號時 ， 步進電機就旋轉一個固定的角度 ， 稱為一步 。 每一步所轉過的角度叫做步距角 。 步進電機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格地成正比例 ， 在時間上與輸入脈沖同步 。 因此 ， 只需控制輸入脈沖的數(shù)量 、 頻率 、 及電機繞組通電相序 ， 便可獲得所需的轉角 、 轉速及轉動方向 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅動系統(tǒng) 53 53 步進電動機的結構與工作原理 通過被勵磁的定子的電磁力吸引轉子偏轉輸出轉矩 。 即電磁作用原理 。 例如：三相反應式步進電動機
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