數(shù)控機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-01-18 16:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 軸關(guān)聯(lián)控制 （ 3）主軸旋轉(zhuǎn)與徑向進給的關(guān)聯(lián)控制 ? 由機械加工工藝可知，利用數(shù)控車床或磨床進行端面加工時，為了保證加工端面的平整光潔（表面粗糙度 R0?。?，應(yīng)控制工件與刀具（車刀或砂輪）接觸點處的速度為一恒定值，即實現(xiàn)所謂恒線速度加工。由于在端面加工過程中，刀具要不斷地作徑向進給運動，從而使刀具的切削直徑逐漸減小（磨床還應(yīng)考慮砂輪磨損造成的直徑減?。?。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，主軸轉(zhuǎn)速 n必須逐漸增大。 ? 數(shù)控裝置必須設(shè)計相應(yīng)的控制軟件來完成主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)整。車削端面過程中，切削直徑變化的增量為 iitFD ??? 2 數(shù)控機床進給驅(qū)動系統(tǒng) ?進給驅(qū)動系統(tǒng)組成與分類 ?開環(huán)進給伺服控制 ?閉環(huán)進給伺服控制及特性分析 ?脈沖比較的進給伺服控制 ?相位比較的進給伺服控制 ?幅值比較的進給伺服控制 ?數(shù)據(jù)采樣式和反饋補償式進給伺服控制 一、進給驅(qū)動系統(tǒng)組成與分類 （ 1）進給驅(qū)動系統(tǒng)的組成和基本要求 ? 基本要求： 精度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、低速大轉(zhuǎn)矩、調(diào)速范圍寬。 進給驅(qū)動系統(tǒng)組成與分類 （ 2）進給伺服驅(qū)動機構(gòu) ? 早期多采用電液伺服驅(qū)動方式，其伺服執(zhí)行元件采用液壓元件，前級為電氣元件，驅(qū)動元件為液動機和液壓缸。常用的有電液脈沖馬達和電液伺服馬達。電液伺服驅(qū)動機構(gòu)在低轉(zhuǎn)速下可以輸出很大的力矩，并具有剛性好、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)等優(yōu)點。 ? 但電液伺服驅(qū)動機構(gòu)需要油箱、油管等供油系統(tǒng)，存在體積大、噪聲大和油污染等問題，從 20世紀(jì) 70年代起逐漸被電氣伺服機構(gòu)所代替，只在具有特殊要求的場合才被采用。 ? 電氣伺服驅(qū)動機構(gòu)全部采用電子器件和電機部件，操作和維護方便、可靠性高、噪聲小、無污染，早期的電氣伺服驅(qū)動機構(gòu)，在低轉(zhuǎn)速輸出力矩和反應(yīng)速度方面明顯比不上電液伺服驅(qū)動機構(gòu)，通過對電動機結(jié)構(gòu)和電動機驅(qū)動線路的不斷改進，這方面的性能已經(jīng)大大改善。 ? 現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)幾乎全部采用全電氣伺服驅(qū)動機構(gòu)。根據(jù)所配電動機不同，分為步進伺服驅(qū)動系統(tǒng)、直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)三大類。 進給驅(qū)動系統(tǒng)組成與分類 （ 3）直流伺服電動機結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 直流伺服電動機主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷三部分組成。定子磁場由定子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，將直流伺服電動機分為永磁式和電磁式（它勵式）。永磁式的磁極由永磁材料制成，電磁式（它勵式）的磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，需要在勵磁線圈中通直流電流才能產(chǎn)生恒定磁場。轉(zhuǎn)子又叫電樞，由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時，在定子磁場使用下產(chǎn)生帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，需要采用機械方式（電刷、換向片）換向。一般電刷與外加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。直流伺服電動機的工作原理與普通直流電動機相同，只是為滿足快速響應(yīng)的要求，結(jié)構(gòu)上細(xì)長一些。 直流伺服電動機結(jié)構(gòu)和工作原理 ?電磁式（它勵式）和永磁式直流伺服電動機的原理和接線如圖所示： 直流伺服電動機結(jié)構(gòu)和工作原理 ?依據(jù)電機學(xué)原理，可推導(dǎo)出直流伺服電動機電磁轉(zhuǎn)矩 T計算公式，即 cmcT ICIKT ??? 直流伺服電動機結(jié)構(gòu)和工作原理 ?直流伺服電動機的機械特性： TCC RCUnmeaec2???? 直流伺服電動機結(jié)構(gòu)和工作原理 ?直流伺服電動機調(diào)速控制： ? 由直流伺服電動機的機械特性計算公式可知，調(diào)節(jié)電樞電壓、勵磁電流（電磁式）或電樞回路電阻均可實現(xiàn)直流伺服電動機的轉(zhuǎn)速。一般采用調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U和調(diào)節(jié)勵磁磁通 Φ （僅限于電磁式）的方法來調(diào)節(jié)直流伺服電動機的轉(zhuǎn)速，分別稱為調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。 進給驅(qū)動系統(tǒng)組成與分類 （ 4）交流伺服電動機 ? 交流伺服電動機，特別是籠型感應(yīng)電動機，沒有直流電動機所具有的電刷，且無換向器磨損問題，無需經(jīng)常維護，也無因換向時產(chǎn)生火花使電動機轉(zhuǎn)速受限，從而限制使用環(huán)境等問題。交流伺服電動機轉(zhuǎn)子慣量較直流伺服電動機小，動態(tài)響應(yīng)好，在同樣體積下，交流伺服電動機輸出功率可比直流伺服電動機提高 10％ ~70％。交流伺服電動機有異步型交流伺服電動機（ IM）和同步型交流伺服電動機（ SM）。異步型交流伺服電動機指交流感應(yīng)電動機，有三相和單相之分，也有籠型和線繞式之分，通常采用籠型三相感應(yīng)電動機，其結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、價格便宜，但不能經(jīng)濟地實現(xiàn)大范圍平滑調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵磁電流，會降低電網(wǎng)的功率因數(shù)；同步型交流伺服電動機指永磁式交流伺服電動機，雖較感應(yīng)電動機復(fù)雜，但運行可靠、效率較高，缺點是體積大、啟動特性欠佳。永磁同步電動機主要由三部分組成：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）。其中定子有齒槽，內(nèi)有三相繞組，形狀與普通感應(yīng)電動機的定子相同。但其外圓一般呈多邊形，且無外殼，以利于散熱，避免電動機發(fā)熱對機床精度的影響。轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵和鐵心組成，氣隙磁密較高，極數(shù)較多。同一種鐵心和相同的磁鐵塊數(shù)可以裝成不同的極數(shù)。 交流伺服電動機 交流伺服電動機 ?永磁同步交流伺服電動機的性能 交流伺服電動機 ?交流伺服電動機調(diào)速 ?異步電動機的轉(zhuǎn)速為： ?調(diào)節(jié)交流伺服電動機轉(zhuǎn)速可采用以下幾種方法： ①改變磁極對數(shù) p（變極調(diào)速）。 ②改變轉(zhuǎn)差率 s（變轉(zhuǎn)差率調(diào)速）。 ③改變定子供電頻率 f1（變頻調(diào)速）。 m in)/()1()1(60 01 rsnsp fn ???? 交流伺服電動機 ?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)進給伺服控制 （ 1）步進電動機工作原理及特性 ? 步進電動機（ 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。步進電動機的轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)
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