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2009.08 机床数控技术 数控机床的伺服系统和常用驱动元件 1 数控机床的伺服系统 2 数控机床的驱动电动机 3 数控机床的驱动装置 1 数控机床的伺服系统 3、组成： 位置控制单元；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测与反馈单元；机械执行部件。 三、NC机床对数控进给伺服系统的要求 1. 输出位置精度要高 2. 响应快且无超调 3. 调速范围要宽且要有良好的稳定性 调速范围： 一般要求： 四、 进给伺服系统的类型 1. 开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。 特点： 无位置反馈，精度不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。 这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。 2. 全闭环数控系统 全闭环数控系统的位置采样点如图所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。 特点： 从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙，具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。 3. 半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。 特点： 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得比较稳定的控制性能。 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差。但可对这类误差进行补偿。 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。 2 数控机床的驱动电动机 电机是伺服系统的动力部件，提供运动所需的动力。在数控机床上常用的电机有： 一、步进电动机 步进电机流行于70年代，该系统结构简单、控制容易、维修方便。用于小容量、低速、精度要求不高的场合，如经济型数控；打印机、绘图机等计算机的外部设备。 (1) 三相单三拍工作方式—— (2) 三相双三拍工作方式 在实际工作过程中多采用双三拍工作方式，即定子绕组的通电顺序为AB-BC-CA-AB…或AC-CB-BA-AC…，此时有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍然旋转30°。 由于在步进电机工作过程中始终保持有一相定子绕组通电，所以工作比较平稳。 4、步进电机的主要特性 (1)步距角α及其步距误差 指每输入一个脉冲信号，转子应转过角度的理论值。它取决于电机结构和控制方式。 式中 m——定子相数； z——转子齿数； k——通电系数，若连续两次通电相数相同为1，若不同则为2。 (2)静态矩角特性和最大静转矩 当步进电动机单相通直流电时，转子处于静态。如果在电机轴上施加一个负载转矩，转子会在载荷方向上转过一个角度θ，转子因而受到一个电磁转矩T的作用与负载平衡。 4、步进电动机的选择 ——主要用于经济型数控或普通机床的数控化改造中。 传动比选择： 齿轮传动副降速比i=Z1/Z2与α、 ? 、h之间有如下关系： 二、伺服电动机 直流伺服电机的工作原理是建立在电磁力和电磁感应的基础上的 。 20世纪70~80年代中期，直流伺服电机在NC机床中广泛采用。80年代后期，交流伺服电机成为主流。 2.直流伺服电动机的工作原理 调节直流电动机的转速有三种方法： ① 改变电枢电压U↓。调速范围很宽，常用于进给驱动调速。 ② 改变磁通量Φ↓（Rj ↑） 。这种方法由于激磁回路的电感较大，导致调速的快速性变差，但速度调节容易控制，用于数控机床主传动调速。 ③ 在电枢回路中串联调节电阻Rt， 这种方法的损耗大，且转速只能调低，故不经济。 3.直流伺服电动机的类型 ——具有较高的力矩/惯量比 (1)小惯性直流伺服电机 响应快，低速运转稳定而均匀，能频繁启动与制动。 过载能力低，自身惯量比