数控铣床伺服驱动系统的设计.docVIP

目 录 第一章 引言 …………………………………………………………………………1 1.1 进给伺服系统的组成…………………………………………………………1 1.2 进给伺服系统的分类…………………………………………………………1 1.3 对进给伺服系统的基本要求…………………………………………………2 1.4 常用的伺服电动机……………………………………………………………2 第二章 机床数字伺服系统设计 ……………………………………………………3 2.1 数字伺服系统概述……………………………………………………………3 2.2 进给伺服系统设计……………………………………………………………5 2.3 伺服系统反馈回路设计………………………………………………………7 2.4 数字伺服控制器算法设计及编程……………………………………………9 第三章 系统硬件设计………………………………………………………………14 3.1硬件电路总体结构……………………………………………………………14 3.2硬件电路设计…………………………………………………………………14 第四章 结论…………………………………………………………………………18 致谢 …………………………………………………………………………………18 参考文献 ……………………………………………………………………………19 英文翻译 ……………………………………………………………………………20 数控铣床伺服驱动系统的设计 摘要 本文通过对现有的数控铣床伺服驱动系统进行了分析研究，结合目前市场上中小型企业的需要，采用全数字式伺服系统提供进给运动，利用8097单片机结合模拟化数字设计方案对伺服环路进行设计,对交流运动伺服系统的软、硬件构成及具体实现方法进行了研讨设计。试验证明此数字伺服系统达到静态精度:0.0010角速度范围:0-800rpm最大角加速度: 838rad/s2最大负载惯量: 0.0132kg.m2,满足现代工业制造,适合于中小型企业. 关键词: 交流伺服系统 反馈回路 控制器 主板电路 第一章 引言 机电一体化设备[1]的进给伺服系统，大多是以运动部件的位置和速度作为控制量。对于数控机床来说，进给伺服系统的主要任务是，接受插补装置生成的进给脉冲指令，经过一定的信号变换及功率放大，驱动执行元件（伺服电动机，包括交、直流伺服电动机和步进电动机等），从而，控制机床工作台或者切削刀具的运动。 1.1进给伺服系统的组成 进给伺服系统一般包括控制模块、速度控制模块、伺服电动机、被控对象、速度检测装置，以及位置检测装置等。 1.2 进给伺服系统的分类 1.2.1 根据进给伺服系统实现自动调节方式的不同分为： （1）开环伺服系统 如图1-1所示，这类系统的驱动元件主要是步进电动机或电液脉冲马达。系统工作时，驱动元件将数字脉冲转换成角度位移，转过的角度正比于指令脉冲的个数，转动的速度取决于指令脉冲的频率。系统中无位置反馈，也没有位置检测元件。 开环伺服系统的结构简单，控制容易，稳定性好，但精度较低，低速有振动，高速转矩小。一般用于轻载或负载变化不大的场合，比如经济型数控机床上。 （2）闭环伺服系统 如图1-2所示，这类系统是误差控制伺服系统，驱动元件为交流或直流伺服电动机，电动机带有速度反馈装置，被控对象装有位移测量元件。 图1-1 开环伺服系统结构图 由于闭环伺服系统是反馈控制，测量元件精度很高，所以系统传动链的误差、环内各元件的误差，以及运动中造成的随机误差都可以得到补偿，大大提高了跟随精度和定位精度。 图1-2 闭环伺服系统结构图 （3）半闭环伺服系统 如图1-3所示，这类系统的位置检测元件不是直接安装在进给系统的最终运动部件上，而是经过中间机械传动部件[2]的的位置转换，称为间接测量。半闭环系统的驱动元件既可以采用交流或直流伺服电动机，也可以采用步进电动机。该类系统的传动链有一部分处在位置环以外，环外的位置误差不能得到系统的补偿，因而半闭环系统的精度低于闭环系统，但调试比闭环系统方便，所以仍有广泛应用。 图1-3 半闭环伺服系统结构图 1.2.2 按使用的驱动元件分为： （1）步进伺服系统 驱动元件为步进电动机。常用于开环/闭环位置伺服系统，控制简单，性能/价格比高，维修方便。缺点是低速时有振动，高速时输出转矩小，控制精度偏低。 （2）直流伺服服系统 驱动元件为小惯量直流伺服电动机或永磁直流伺服电动。小惯量直流伺服电动机最大限度