數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)(1)-wenkub.com
2025-05-10 21:45 本頁面
【正文】 ? 由位置傳感器把實際位置信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)把實際位置信號與指令位置信號進行比較，并將差值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，供給主軸驅(qū)動裝置，控制主軸準(zhǔn)確停止在指令位置。 （ 2）編碼器準(zhǔn)?？刂? ? 由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停啟動信號，主軸驅(qū)動的控制與磁傳感器控制方式相似，準(zhǔn)停完成后相數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停完成信號。分為機械準(zhǔn)停和電氣準(zhǔn)停。 （ 3）電主軸 ? 電主軸：機床主軸由內(nèi)裝式主軸電機直接驅(qū)動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)機床的“零傳動”。 1－交流主軸電機； 2－普通感應(yīng)式電機； 3－冷卻通風(fēng)孔 1. 新型主軸電機結(jié)構(gòu) （ 1）輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電機 ? 在任何刀具切削速度下提供恒定的功率。 交流主軸伺服系統(tǒng) ? 交流主軸電機一般采用感應(yīng)式交流伺服電機。 幅值比較伺服系統(tǒng) ? 以位姿檢測信號的幅值大小來反映機械位移量的數(shù)值，并以此信號作為反饋信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后與指令信號進行比較，從而獲得位置偏差構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 ? 工作過程：當(dāng)指令脈沖為正而反饋脈沖為負(fù)時，計數(shù)器作加法運算；當(dāng)指令脈沖為負(fù)而反饋脈沖為正時，計數(shù)器作減法運算。 3. 影響定位時間的因素 ? 四個因素：最大加速度、速度、加加速度和位置控制進給前饋實際增益。 ? 位置環(huán)：接收來自光柵尺的位置反饋信號及插補信號的比較信號，來控制速度環(huán)的指令速度，從而調(diào)節(jié)執(zhí)行件的位置始終與指令位置保持一致。 ? 加速度大，響應(yīng)快。 直線電機 ? 分為交流和直流兩種，交流直線電機又分為感應(yīng)異步式和永磁同步式。 ? 電壓調(diào)節(jié)器：產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的控制正弦波，送入調(diào)制回路，送入調(diào)制回路，在調(diào)制回路中進行SPWM變換，產(chǎn)生三相的脈沖寬度調(diào)制信號。 2. SPWM變頻調(diào)速 ? （ 1） SPWM調(diào)制原理 ? （ 2） SPWM變頻器的功率放大電路 （ 3） SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng) ? 速度給定器：給定信號，控制頻率、電壓及正反轉(zhuǎn)。 ? 只要不超過一定限度，轉(zhuǎn)子始終跟隨定子的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)。 交流伺服電機與速度控制 交流伺服電機 1. 交流伺服電機的類型 ? 永磁式交流伺服電機和感應(yīng)式交流伺服電機 ? 共同點：工作原理均由定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使得轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場一起運轉(zhuǎn)。 雙環(huán)調(diào)度系統(tǒng) ? 速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均是由線性集成放大器和阻容元件構(gòu)成的 PI調(diào)節(jié)器。該方法得到的機械特性較軟，不能實現(xiàn)無級調(diào)速，也不適合于數(shù)控機床。該方法可以得到調(diào)速范圍較寬的恒轉(zhuǎn)矩特性，機械特性好，適用于主軸驅(qū)動的低速段和進給驅(qū)動。 ? 轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場始終正交，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 ? 當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過 90176。 2. 直流伺服電機的結(jié)構(gòu) （ 1）定子：產(chǎn)生定子磁極磁場。 3. 細分線路 ? 細分驅(qū)動：將一個步距角細分為若干步的驅(qū)動方法。 ? 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(zhuǎn)換為脈沖數(shù) N，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，越過傳動間隙，然后按照指令脈沖動作。 ? 電機反轉(zhuǎn)的通電順序為 A－ AC－ C－ CB－ B－ BA－A－ ????。 ? FULL/HALF控制電機的整步或半步。 ? 軟件環(huán)形分配器：驅(qū)動裝置本身無環(huán)形分配器，環(huán)形分配需要軟件完成。 1. 環(huán)形脈沖分配器 ? 功能：將邏輯電平信號（弱電）變換為電機繞組所需的具有一定功率的電流脈沖信號（強電）。 ? 動態(tài)轉(zhuǎn)矩：矩頻特性曲線上每個頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。 （ 4）連續(xù)運行的最高工作頻率 ? 最高工作頻率：步進電機啟動后，保證連續(xù)不丟步運行的最高工作頻率。 （ 2）靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與矩角特性 ? 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩：當(dāng)步進電機某相通電時，轉(zhuǎn)子處于不同狀態(tài)，此時在電機軸上加一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就按一定方向轉(zhuǎn)過一個角度 θ，此時轉(zhuǎn)子所受的電磁轉(zhuǎn)矩 M即為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。 /(3 40 1)＝ 3176。 4. 反應(yīng)式步進電機主要特征 （ 1）步距角和靜態(tài)步距誤差 ? 步進電機步距角 α與定子繞組的相數(shù) m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z、通電方式 k有關(guān)，即有： α＝ 360176。 ? 定子繞組所加電源要求是脈沖電流形式，也稱為脈沖電機。 （ 2）永磁式步進電機 ? 定子和轉(zhuǎn)子中的某一方永永久磁鋼，另一方由軟磁材料制成，其上由勵磁繞組。 ? 三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯開 1/3齒距。若任一相繞組通電，就形成一組定子磁極。 2. 步進電機的結(jié)構(gòu) （ 1）反應(yīng)式步進電機 ? 步進電機由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子分定子鐵芯和定子勵磁繞組。 各相繞組分布 ① 徑向分相式： 電機各相按圓周依次排列。 1. 步進電機的類型 分類方式 具體類型 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理 ① 反應(yīng)式（磁阻式）；②永磁式；③永磁感應(yīng)式（混合式）。這種極個別的脈沖的出現(xiàn)意味著步進電機正在沿著一個方向旋轉(zhuǎn)時，再向相反的方向旋轉(zhuǎn)極個別個步距角。 ? 綜上所述，進給脈沖的數(shù)量、頻率和方向決定了機床工作臺的位移量、速度和方向。 ? 改變進給脈沖的方向，可改變定子繞組的通電順序，使步進電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而改變工作臺的進給方向。 1. 工作臺位移量的控制 ? 數(shù)控裝置發(fā)出 N個進給脈沖，使步進電動機定子繞組的通電狀態(tài)變化 N次，則步進電動機轉(zhuǎn)過的角位移量 φ =Nα （ α為步距角）。 ? 在加工中為自動換刀，要求主軸具有高精度的準(zhǔn)停功能。 （ 2）調(diào)速范圍寬。 （ 5）足夠的傳動剛性，較強的過載能力，電機的慣量與移動部件的慣量相匹配，伺服電機能夠頻繁啟停和可逆運行。
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