数控技术应用——数控机床的伺服系统.pptVIP

混合伺服系统 鉴相式伺服系统组成 1．基准信号发生器 2．脉冲调相器 3．测量元件及信号处理线路 4．鉴相器 5．直流放大器 6．执行元件 鉴相式伺服系统框架 1．脉冲调相器 脉冲调相器是将脉冲数量转换成相应的相位的装置。 频率 计数器容量 脉冲发生器的频率 N F f = 若时钟脉冲是来自基准信号发生器的基准信号，则应适当选择计数器的容量N，使f 的大小等于旋转变压器或感应同步器的工作频率，即等于它们励磁信号的频率。 它利用两个容量相同的计数器， 并由同一个脉冲信号发生器不断地输入时钟脉冲，结果就在两个计数器的最后一级的输出口得到了频率大大降低的两个同频率信号。假设脉冲发生器的频率为F，计数器容量为N，则计数器的输出端的脉冲频率 鉴相式伺服系统的控制线路 输入 前后的波形变化 +△x 相位角 输入-△x前后的波形变化 可逆回路 可逆回路的波形功能逻辑图 第五章 数控机床的伺服系统 机床伺服系统是指以机械位置或角度作为被控参数的自动控制系统，有时也称为随动系统或伺服机构。在数控机床中，伺服系统接受来自插补器的进给脉冲，经变换放大后转化为机床工作台的位移。 伺服系统若按有无检测装置可分为两大类；开环伺服系统和闭环伺服系统。 开环伺服系统 闭环伺服系统 步进式伺服系统 在步进式伺服系统中，步进电机作为执行元件，受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电平信号直接变换为具有一定方向、大小和速度的机械角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。由于该系统没有反馈检测环节，它的精度较差，速度也受到步进电机性能的限制，但它的结构简单，容易调整，故在速度和精度要求不太高的场合，具有一定的使用价值。 步进电机工作原理 步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或线位移的一种机电式数模转换器，它是根据同步电机原理制成的。下面以三相反应式步进电机为例，说明步进电机的基本工作原理 (1)步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即为步进电机的步距角 ； (2)改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向将随之改变； (3)步进电机定子绕组通电状态的变化频率越高，转子的转速越高； (4)步进电机的步距角 与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式K有关，可用下式表示： 式中，三相三拍时K=1；三相六拍时K=2。 例 题 如前图所示的步进电机，若转子齿数z＝40，以三相三拍通电时，步距角为 若以三相六拍通电方式工作时，步距角为 步进电机的类型及结构 步进电机的结构形式很多，其分类方式也很多。常见的分类方式是按产生力矩的原理、输出力矩的大小以及定子和转子的数量等方面来分类 目前，我国使用的步进电机多为反应式步进电机，如图所示。这是一台典型的单定子径向分相的三相反应式步进电机的结构原理图 单定子径向分相式三相 步进电机结构原理图 多定子轴向分相式五相步进电机结构原理图 步进电机的主要特性 步距角步进电机的步距角是反映步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过的角度。它是决定步进伺服系统脉冲当量的重要参数。数控机床中常见的反应式步进电机的步距角一般为0.5o~3o度。通常，步进角越小，加工精度越高。 启动频率 步进电机在空载的条件下由静止突然启动，并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率。若启动时频率大于突跳频率，步进电机就不能正常启动。因此，空载启动时，步进电机定子绕组通电状态变化的频率不能高于该突跳频率．当步进电机加负载后，其启动频率随负载转动惯量增加而减小。 (3) 连续运行的最高工作频率fmax 步进电机连续运行时保证不丢步的极限频率fmax称为最高工作频率。 (4) 加减速特性步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。 加减速特性曲线 步进系统原理框图 步进式伺服系统的工作原理 1．工作台位移量的控制 进给脉冲数N→定子绕组通电状态变化次数N→步进电机转子的转角→工作台位移量L 2．工作台进给速度的控制 进给脉冲的频率f→定子绕组通电状态的变化频率f→步进电机转子的转速→工作台进给速度v 3．工作台运动方向的控制 步进电机定子绕组的通电顺序→步进电机正转或反转→工作台的进给方向 步进电机的驱动控制线路 1．脉冲混合电路 无论是数控装置送来的插补进给信号、齿补信号，还是手动进给、手动回原点信号等等，这些信号的目的无非是要使工作台正向进给和反向进给，因此首先应将这些信