數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-01-18 16:30 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 軸關(guān)聯(lián)控制 （ 3）主軸旋轉(zhuǎn)與徑向進(jìn)給的關(guān)聯(lián)控制 ? 由機(jī)械加工工藝可知，利用數(shù)控車床或磨床進(jìn)行端面加工時(shí)，為了保證加工端面的平整光潔（表面粗糙度 R0小），應(yīng)控制工件與刀具（車刀或砂輪）接觸點(diǎn)處的速度為一恒定值，即實(shí)現(xiàn)所謂恒線速度加工。由于在端面加工過(guò)程中，刀具要不斷地作徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而使刀具的切削直徑逐漸減?。ゴ策€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(shí)，主軸轉(zhuǎn)速 n必須逐漸增大。 ? 數(shù)控裝置必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制軟件來(lái)完成主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)整。車削端面過(guò)程中，切削直徑變化的增量為 iitFD ??? 2 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ?進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成與分類 ?開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服控制 ?閉環(huán)進(jìn)給伺服控制及特性分析 ?脈沖比較的進(jìn)給伺服控制 ?相位比較的進(jìn)給伺服控制 ?幅值比較的進(jìn)給伺服控制 ?數(shù)據(jù)采樣式和反饋補(bǔ)償式進(jìn)給伺服控制 一、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成與分類 （ 1）進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成與分類 （ 2）進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) ? 早期多采用電液伺服驅(qū)動(dòng)方式，其伺服執(zhí)行元件采用液壓元件，前級(jí)為電氣元件，驅(qū)動(dòng)元件為液動(dòng)機(jī)和液壓缸。常用的有電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。電液伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)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(diǎn)。 ? 但電液伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)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(wèn)題，從 20世紀(jì) 70年代起逐漸被電氣伺服機(jī)構(gòu)所代替，只在具有特殊要求的場(chǎng)合才被采用。 ? 電氣伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)全部采用電子器件和電機(jī)部件，操作和維護(hù)方便、可靠性高、噪聲小、無(wú)污染，早期的電氣伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線路的不斷改進(jìn)，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(dòng)機(jī)構(gòu)。根據(jù)所配電動(dòng)機(jī)不同，分為步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三大類。 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成與分類 （ 3）直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 直流伺服電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷三部分組成。定子磁場(chǎng)由定子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式，將直流伺服電動(dòng)機(jī)分為永磁式和電磁式（它勵(lì)式）。永磁式的磁極由永磁材料制成，電磁式（它勵(lì)式）的磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，需要在勵(lì)磁線圈中通直流電流才能產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。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(shí)，在定子磁場(chǎng)使用下產(chǎn)生帶動(dòng)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(jī)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(dòng)機(jī)的工作原理與普通直流電動(dòng)機(jī)相同，只是為滿足快速響應(yīng)的要求，結(jié)構(gòu)上細(xì)長(zhǎng)一些。 直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理 ?電磁式（它勵(lì)式）和永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的原理和接線如圖所示： 直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理 ?依據(jù)電機(jī)學(xué)原理，可推導(dǎo)出直流伺服電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 T計(jì)算公式，即 cmcT ICIKT ??? 直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理 ?直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性： TCC RCUnmeaec2???? 直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理 ?直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制： ? 由直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性計(jì)算公式可知，調(diào)節(jié)電樞電壓、勵(lì)磁電流（電磁式）或電樞回路電阻均可實(shí)現(xiàn)直流伺服電動(dòng)機(jī)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(lì)磁磁通 Φ （僅限于電磁式）的方法來(lái)調(diào)節(jié)直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，分別稱為調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成與分類 （ 4）交流伺服電動(dòng)機(jī) ? 交流伺服電動(dòng)機(jī)，特別是籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)所具有的電刷，且無(wú)換向器磨損問(wèn)題，無(wú)需經(jīng)常維護(hù)，也無(wú)因換向時(shí)產(chǎn)生火花使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速受限，從而限制使用環(huán)境等問(wèn)題。交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量較直流伺服電動(dòng)機(jī)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，在同樣體積下，交流伺服電動(dòng)機(jī)輸出功率可比直流伺服電動(dòng)機(jī)提高 10％ ~70％。交流伺服電動(dòng)機(jī)有異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)（ IM）和同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)（ SM）。異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)指交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，但不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)大范圍平滑調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵(lì)磁電流，會(huì)降低電網(wǎng)的功率因數(shù)；同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)指永磁式交流伺服電動(dòng)機(jī)，雖較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，但運(yùn)行可靠、效率較高，缺點(diǎn)是體積大、啟動(dòng)特性欠佳。永磁同步電動(dòng)機(jī)主要由三部分組成：定子、轉(zhuǎn)子和檢測(cè)元件（轉(zhuǎn)子位置傳感器和測(cè)速發(fā)電機(jī)）。其中定子有齒槽，內(nèi)有三相繞組，形狀與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子相同。但其外圓一般呈多邊形，且無(wú)外殼，以利于散熱，避免電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)機(jī)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(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī) ?永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的性能 交流伺服電動(dòng)機(jī) ?交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速 ?異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為： ?調(diào)節(jié)交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可采用以下幾種方法： ①改變磁極對(duì)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(dòng)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(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服控制 （ 1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理及特性 ? 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ Step Motor），是一種用電脈沖信號(hào)控制，可將電脈沖信號(hào)按正比關(guān)系轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)
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