数控技术及应用第章 数控机床的电气驱动进给伺服电机.pptVIP

进给伺服电动机 第6章 数控机床的电气驱动 进给伺服电动机 一、进给伺服电动机的负载计算 数控机床进给系统的伺服电机是根据负载条件来进行选择的。 加在电机轴上的负载有两种：负载转矩和负载惯量。负载转矩包括切削转矩和摩擦转矩。 进给伺服电动机的负载计算 1、负载转矩计算 进给伺服电动机的负载计算 计算负载转矩，应充分考虑的问题： （1）由于镶条、压板面所产生的摩擦转矩必须充分考虑。通常，根据滑块的重量和摩擦系数计算的转矩很小，但是必须考虑由于镶条、压板面和导轨表面因摩擦力所产生的摩擦转矩。 （2）由于轴承和滚珠丝杠螺母的预加负载和预紧力作用，滚动接触表面的摩擦转矩都不能忽略。 （3）摩擦转矩受进给速率的影响。 （4）摩擦转矩随调整情况、环境温度和润滑条件而变化。 进给伺服电动机的负载计算 2、进给伺服电动机惯量与负载惯量的匹配 在设计数控机床进给系统时，给定最大快速移动速度的前提下，系统惯量尽可能减小，这要求选择合适电机和进行优化设计。电机惯量与负载惯量应该与快速移动速度想适应。 进给伺服电动机的负载计算 2、进给伺服电动机惯量与负载惯量的匹配 电机惯量与负载惯量匹配应该考虑下述因素： （1）加速转矩等于加速度乘以总惯量（电动机惯量+负载惯量），即Ma=aJ。电机惯量与负载惯量匹配就要考虑加速时间、加速转矩和总惯量之间关系。 （2）数控机床进给系统是由伺服电机通过齿轮副和滚珠丝杠带动工作台和工件做往复直线运动。由伺服系统产生的Ma一部分被负载惯量吸收（ Ma1 =aJ1），另一部分被电动机转子吸收，其值为Mam=aJ1m,即： Ma= Ma1+Mam 必须保证负载转矩小于等于额定转矩。 选择伺服电动机的条件 选择伺服电动机应满足下述条件： （1）根据负载转矩选择电机。负载转矩应等于或者小于电动机额定转矩。 （2）负载转矩加上加速转矩应等于所选电机的最大转矩。 （3）加速转矩应考虑负载惯量和电动机惯量的匹配。同时还要考虑加速时间在允许的范围内。 （4）加速转矩应等于最大转矩减去负载转矩。在空载时，加速转矩应等于最大转矩减去摩擦转矩，其差值等于全部惯量（电动机惯量+负载惯量）乘以加速度。 二、直流伺服电机驱动系统 1. 直流伺服电机的类型 按电枢的结构和形状分：平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢型等。 按定子磁场产生方式分：永磁式和他励式。 按转子转动惯量大小分：大惯量、中惯量和小惯量伺服电机 直流进给伺服系统： 永磁式直流电机类型中的有槽电枢永磁直流电机（普通型）； 直流主轴伺服系统： 励磁式直流电机类型中的他激直流电机。 二、直流伺服电机驱动系统 2. 直流伺服电机的结构 （1）定子：产生定子磁极磁场。 （2）转子：表面嵌有线圈，通直流电时，在定子 磁场作用下产生带负载旋转的电磁转矩。 （3）电刷与换向片：为使产生的电磁转矩保持恒定的方向，保证转子能沿着固定方向均匀地连续旋转，将电刷与外加直流电源连接，换向片与电枢线圈连接。 大惯量直流伺服电机的结构如下图所示： 3. 直流伺服电机的工作原理 （1）永磁式直流电机工作原理 直流电压加在A、B两电刷之间，电流从A流入，从B流出，导体ab和cd受到逆时针方向作用力，转子在逆时针方向地电磁转矩作用下旋转。 当电枢转过90°，电枢线圈处于磁极的中性面，电刷与换向片断开，无电磁转矩作用。 （2）他励式直流电机工作原理 定子上有磁励绕组和补偿绕组，转子绕组通过电刷供电。 转子磁场与定子磁场始终正交，产生转矩，转子旋转。 速度控制单元 直流伺服电机是在其速度控制单元的控制下运转的，直流伺服电机的运行性能由速度控制单元性能直接决定。 直流伺服电机速度控制单元分类（按主回路类型）： （1）晶闸管相控整流器； （2）大功率晶体管斩波器。性能大大由于前者。 速度控制单元 采用大功率晶体管斩波器的速度控制单元，也称为PWM调速单元，即脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的缩写。 直流PWM调速的基本原理：利用大功率晶体管（简称GTR)作为斩波器，其电源为直流固定电压，开关频率为常值，根据控制信号的大小来改变每一周期内“接通”和“断开”的时间长短，即改变“接通”脉宽，使直流电机电枢上电压的“占空比”改变，从而改变其平均电压，完成电动机的转速控制。 占空比（Duty Cycle）：在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25。 直流斩波是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为DC/DC变换。