數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)(2)-在線瀏覽
2025-06-18 00:09本頁面
【正文】 性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。 黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第一節(jié) 概述 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 用于數(shù)控機(jī)床工作臺或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動，并提供切削過程所需轉(zhuǎn)矩，包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。 黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第一節(jié) 概述 ?直流大慣量伺服電動機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，而且由于電動機(jī)慣性與機(jī)床傳動部件的慣量相當(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整；直流中小慣量伺服電動機(jī)，比較適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對頻繁啟動、制動，以及快速定位、切削的要求。 ?在電動機(jī)控制領(lǐng)域交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)的突破，交流伺服系統(tǒng)迅速進(jìn)入電氣傳動調(diào)速控制的各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，從減少伺服驅(qū)動系統(tǒng)外形尺寸和提高可靠性角度來看， 采用交流電動機(jī)比直流電動機(jī)將更合理。 ? 60年代初 ， 日本推出 步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng) ， 這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 ， 價(jià)格低廉 ， 使用維修方便 ， 在數(shù)控設(shè)備中被廣泛采用 。 直流電機(jī)伺服系統(tǒng)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 價(jià)格昂貴 。 黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。 進(jìn)給脈沖的頻率代表了驅(qū)動速度，脈沖的數(shù)量代表了位移量，而運(yùn)動方向是由步進(jìn)電機(jī)的各相通電順序來決定 。 一、步進(jìn)電機(jī)工作原理 第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊 步進(jìn)電機(jī) 黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng) 二、步進(jìn)電機(jī) 單定子反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)利用 電磁鐵原理 ，由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子分定子鐵芯和定子勵磁繞組。轉(zhuǎn)子無繞組，有周向均布的齒，依靠磁極對齒的吸合工作。接著 B相通電， A相斷電，磁極 B又把距它最近的一對齒 4吸引過來，使轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動 30度。 若改變通電順序，按 A→C→B→A 使定子繞組通電，步進(jìn)電機(jī)就按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同樣每步轉(zhuǎn) 30度。 黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng) ? 定子的每個(gè)磁極正對轉(zhuǎn)子的圓弧面上均都均勻分布著 5個(gè)小齒，呈梳狀排列，齒槽等寬，齒間夾角為 9176。 ? 轉(zhuǎn)子上沒有繞組，只有均勻分布的 40個(gè)小齒，其大小和間距與定子上的完全相同。 黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng) （ 1）步距角和靜態(tài)步距誤差 步進(jìn)電機(jī)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。 其中： m相 m拍時(shí)， k＝ 1； m相 2m拍時(shí)， k＝ 2，依此類推。 /(3 40 1)＝ 3176。 α 一般較小 ，如： 3176。 ,176。 ,176。 等。步距誤差主要由步進(jìn)電機(jī)步距制造誤差，定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻以及各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等因素造成。步進(jìn)電機(jī)在帶負(fù)載（尤其是慣性負(fù)載）下的啟動頻率比空載要低。 (3) 連續(xù)運(yùn)行頻率 步進(jìn)電機(jī)起動后，其運(yùn)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(yùn)行頻率。 第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng) 黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 (4)矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩 矩頻特性是描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系，該特性上每一個(gè)頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。在使用時(shí)，一定要考慮動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而下降的特點(diǎn)。 ? 驅(qū)動控制器主要由 環(huán)形脈沖分配器和功率放大器 組成。即將數(shù)控裝置的插補(bǔ)脈沖，按步進(jìn)電機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)的各相輸入端，以控制勵磁繞組的通、斷電。 ?硬件環(huán)形分配器：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置本身帶有環(huán)形分配器。 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(qū)動步進(jìn)電機(jī)。 補(bǔ)償方法：先測出并存儲間隙大小，接收反向位移指令時(shí)，先不向步進(jìn)電機(jī)輸出反向位移脈沖，而將間隙值轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，越過傳動間隙，然后按照指令脈沖動作。 補(bǔ)償方法：設(shè)置若干個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，在每個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)測量并記錄工作臺位移誤差，確定補(bǔ)償值并作為控制參數(shù)輸送給數(shù)控裝置。 ： 將一個(gè)步距角細(xì)分為若干步的驅(qū)動方法。 ?轉(zhuǎn)子 ：表面嵌有線圈，通直流電時(shí)，在定子磁場作用下產(chǎn)生帶負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。 數(shù)控機(jī)床的使用的直流伺服電機(jī)主要是 大功率直流伺服電機(jī) ： ?小慣量直流伺服電機(jī)：最大限度地減小電樞的轉(zhuǎn)動慣量，可以獲得較快的響應(yīng)速度。 一、直流伺服電機(jī)與速度控制 黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 其中： n為電機(jī)轉(zhuǎn)速， Ua為電樞外加電壓， Ce為反電動勢常數(shù)，Φ 為電機(jī)磁通量， Ra為電樞電阻， Cm為轉(zhuǎn)矩常數(shù)， M為電磁轉(zhuǎn)矩。 該方法可以得到調(diào)速范圍較寬的恒轉(zhuǎn)矩特性，機(jī)械特性好， 適用于主軸驅(qū)動的低速段和進(jìn)給驅(qū)動 。改變勵磁線圈電壓使磁通量改變 ，適用于主軸驅(qū)動的高速段，不適合于進(jìn)給驅(qū)動。該方法得到的機(jī)械特性較軟，不能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，也不適合于數(shù)控機(jī)床。 2 直流伺服電機(jī)速度調(diào)節(jié) 直流電機(jī)機(jī)械特性公式： MCCRCUnmeaea2?? ??第三節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng) 黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 二、交流伺服電機(jī)與速度控制 直流電機(jī)缺點(diǎn)： ?電刷和換向器有磨損，有時(shí)會產(chǎn)生火花； ?換向器由多種材料制成，制作工藝復(fù)雜； ?電機(jī)最高速度受限制； ?結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 同樣體積下 ， 交流伺服電動機(jī)的輸出功率可比直流伺服電動機(jī)提高 10％ － 20％ 。 從 80年代后期開始 ， 交流伺服電動機(jī)逐漸替代直流伺服電動機(jī)占據(jù)主要位置 。 電角度， 一相作為勵磁繞組 ，運(yùn)行時(shí)接到交流電源上， 另一相作為控制繞組 ，輸入控制電壓
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