4-进给-数控机床电气控制详解.ppt

第4章数控机床进给运动的控制 4.1 概述 4.2 步进电动机及其驱动控制 4.3 数控机床位置传感器 4.4直流伺服进给电动机及其驱动控制 4.5交流伺服进给电动机及其驱动控制 4.6数控机床伺服系统 4.1.2 伺服驱动系统分类 4.1.3位置伺服驱动系统的开环、闭环控制 位置伺服驱动系统分为开环和闭环控制两类。开环控制采用步进电动机作为驱动元件。由于它没有位置反馈控制回路和速度反馈控制回路，从而简化了线路，因此设备投资低，调试维修都很方便。但它的进给速度和精度都较低，一般应用于中、低档数控机床及普通的机床改造。闭环驱动按位置检测的方式可分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。闭环驱动采用直流或交流伺服电动机驱动。 半闭环位置检测方式一般将位置检测元件安装在电动机的轴上（通常已由电动机生产厂家装好），用于精确控制电动机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动机构，将角度转换成工作台的直线位移。 全闭环方式直接从机床的移动部件上获取位置的实际移动值，因此其检测精度不受机械传动精度的影响。 混合闭环方式采用半闭环与全闭环结合的方式。它利用半闭环所能达到的高位置增益，从而获得了较高的速度与良好的动态特性。它又利用全闭环补偿半闭环无法修正的传动误差，从而提高了系统精度。混合闭环方式适用于重型、超重型数控机床，因为这些机床的移动部件很重，设计时提高刚性较困难。 4.2步进电动机及其驱动控制 4.2步进电动机及其驱动控制 4.3数控机床位置传感器 4.3.1 概述 （3）按测量方法分为增量式和绝对式两种。 增量式检测方法只测量位移的增量，每移动一个测量单位就发出一个测量信号。其优点是检测装置简单，任何一个终点都可以作为测量起点。 绝对值测量方式可以避免上述缺点，被测量的任何一点位置都以一个固定的零点作为基准，每一被测点都有一个相应的测量值。采用这种方式，分辨率要求愈高，结构也愈复杂。 （4）按检测信号的类型分为模拟式和数字式两种 。 （5）按信号转换方式可分为光电效应、光栅效应、电磁感应、压电效应、压阻效应和磁阻效应等类检测装置。 （6）按运动方式分为旋转型和直线型检测装置。 4.4 直流伺服进给电动机及其驱动控制 4.5 交流伺服进给电动机及其驱动控制 4.6 数控机床伺服系统 4.3.5 其他位置传感器 2.接近开关 （2）电容式接近开关 ①工作原理 电容式接近开关也属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体，在检测较低介电常数的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7～0.8Sn的位置动作。 ②工作流程图 图4-25 电容式接近开关工作流程图 ③注意事项 电容式接近开关理论上可以检测任何物体，当检测过高介电常数物体时，检测距离要明显减小，这时即使增加灵敏度也起不到效果。 其他注意事项与电感式基本相同。 4.3.5 其他位置传感器 2.接近开关 （3）霍尔式接近开关 ①工作原理 霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的接近开关，叫做霍尔式接近开关。当磁性物体移近霍尔式接近开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 ②内部原理图 图4-26 霍尔式接近开关内部原理图 4.3.5 其他位置传感器 ③性能指标 磁感应强度:霍尔式接近开关在工作时，它所要求磁场具有的磁场强度的大小一般为0.02～0.05T。 响应频率:按规定的1秒的时间间隔内，允许霍尔式接近开关动作循环的次数。 输出状态:分常开、常闭和锁存。例如当无检测物体时，常开型的霍尔式接近开关所接通的负载，由于霍尔式接近开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。 输出形式:分NPN、PNP、常开、常闭多功能等几种常用的输出形式。 动作距离:动作距离是指检测体按一定方式移动时，从基准位置（霍尔式接近开关的感应表面）到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离指霍尔式接近开关动作距离的标称值。 回差距离:动作距离与复位距离之间的绝对值。 4.3.5 其他位置传感器 2.接近开关 （4）光电式接近开关