第4章 进给伺服驱动系统.pptVIP

结 束 * * 机械工程系 闽西职业技术学院 项目四 进给伺服驱动系统 一、概述 伺服系统 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。在数控机床中，伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统。伺服系统接收来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴的运动。加工坐标轴可以是工作台、刀架等，使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，加工出所要形状。 组成：它由伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检测装置、机械传动机构以及执行部件等部分组成。 作用：接授数控系统发出的进给位移和速度指令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置（直流或交流伺服电机、直线电机、功率步进电机、电液伺服 阀─液马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件进行工作进给和快速进给。 进给伺服系统 伺服驱动电动机 伺服驱动电动机又称为执行电动机，它具有根据控制信号的要求而动作的功能。?由数控系统送出的进给脉冲指令经变换和功率放大后，作为伺服电机的输入量，控制它在指定方向上作一定速度的角位移或直线位移（直线电机），?从而驱动机床的执行部件实现给定的速度和方向上的位移。伺服驱动电机的性能在很大程度上影响进给伺服系统的性能。它应满足伺服系统的所要求的调速范围宽，精度高，稳定性好，动态响应快，反向死区小，能频繁启、停和正反运动等特性。 （一）伺服系统的组成 数控机床伺服系统的一般结构如图，它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。 （二）数控机床对伺服系统的基本要求 1、可逆运行。要求能灵活地正反向运行，同时要求在方向变化时，不应有反向间隙误差和运动的损失。 2、速度范围宽。为适应不同的加工条件（材料、类型、尺寸等），要求数控机床的进给能在很宽的范围内无级变化。目前，最先进的水平是在进给脉冲当量为1um的情况下，进给速度在0-240m/min范围内连续可调。 3、具有足够的传动刚性和高的速度稳定性。伺服系统在不同的负载情况下或切削条件发生变化时，应使进给速度保持恒定。 4、快速响应。在加、减速度上应足够大，以缩短过渡时间，以及在负载突变时，系统的恢复能力。 5、高精度。定位精度。 6、低速大转矩。 7、伺服系统对伺服电动机的要求。 电机选择上： （1）从最低速到最高速，电动机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度且无爬行现象。 （2）电动机应具有大的长时间过载能力，以满足低速大转矩的要求。 （3）为了满足快速响应的要求，电动机应有较小的转动惯量和较大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和起动电压。电动机应具有耐受4 000rad/s2以上角加速度的能力，才能保证电动机可在0.2s内从静止起动到额定转速。 （4）电动机应能承受频繁起动、制动和反转。 （三）伺服系统的分类 按控制方式： 开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环系统。 按使用的伺服电动机类型： 直流伺服系统、交流伺服系统。 按驱动类型： 进给伺服系统、主轴伺服系统。 开环伺服系统: 无位置反馈的系统；其驱动元件主要是步进电动机。图所示为直线进给系统，步进电机的步距角αo、齿轮传动比i和滚珠丝杠的导程t(mm)。 开环进给系统中，步进电机的步距角精度，机械传动部件的精度，丝杠、支承的传动间隙及传动支承件的变形等，将直接影响进给精度，为提高系统的精度，应该适当提高系统组成环节的精度，此外，还可采取传动间隙补偿和螺距误差补偿等各种精度补偿措施。 闭环伺服系统:闭环系统是误差控制随动系统。数控机床进给系统的误差，是CNC输出的位置指令和机床工作台（或刀架）实际位置的差值。有位置检测装置（直线测量），测实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。 半闭环伺服系统：位置检测元件安装在中间，经过机械传动部件的位置转换进行间接测量（角度测量）。 二、步进电动机 步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,它实际上是一种单相或多相同步电动机。使用多相步进电动机时,单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号,在经功率放大后分别送入步进电动机各项绕组.每输入一个脉冲到脉冲分配器,电动机各相的通电状态就发生变化,转子会转过一定的角度(称为步距角).正常情况下,步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比;连续输入一定频率的脉冲时,电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关