第三章数控机床的进给伺服系统

1、第三章 数控机床的进给伺服系统适用专业:机设第一节第一节 概述概述第三章 数控机床的进给伺服系统第二节第二节 步进伺服驱动控制步进伺服驱动控制第五节第五节 典型伺服系统典型伺服系统 第四节第四节 数控机床的进给传动部件数控机床的进给传动部件第三节第三节 直流伺服驱动控制直流伺服驱动控制 第四节第四节 交流伺服驱动控制交流伺服驱动控制第一节 概述1.调速范围要宽2.精度要高3.响应要快4.低速大转矩5.稳定性要好，可靠性要高。进给驱动系统用途和功能主轴驱动系统电液伺服系统动作原理直流伺服驱动系统电气驱动系统交流伺服驱动系统开环系统控制原理半闭环系统闭环系统二伺服驱动系统的分类二伺服驱动系统的分类

2、一数控机床对伺服系统的要求一数控机床对伺服系统的要求第一节 概述2.2.进给驱动与主轴驱动进给驱动与主轴驱动3.3.直流伺服驱动与交流伺服驱动直流伺服驱动与交流伺服驱动+位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈C、半闭环伺服系统第二节 步进伺服驱动控制1.1.步进电机的结构和工作原理步进电机的结构和工作原理2.2.步进电机的主要特性步进电机的主要特性1).步距角和静态步距误差 步距角指步进电机定子绕组通电状态每改变一次，转子转过的角度。步距角计算式为： 0360mzka=m定子相数；z转子齿数；k拍数与相数的

3、比例系数一步进电机一步进电机第二节 步进伺服驱动控制2).启动频率 启动频率指空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进入不丢步的正常运行的最高频率。3).连续运行的最高工作频率 最高工作频率指步进电机连续运行时，不丢步运行的极限频率。4).加减速特性 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。5).矩频特性与动态转距 矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系。第二节 步进伺服驱动控制1 1。工作方式。工作方式 从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每拍转子转过一个步距角。2 2。控制系统。控制系统

4、二二. . 步进电动机的驱动与控制步进电动机的驱动与控制第三节 直流伺服驱动控制1.1.工作原理工作原理 直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小与电机中的气隙磁场成正比。2 2直流伺服电机的分类直流伺服电机的分类 直流电机按其励磁方式分为永磁式、励磁式(他励、并励、串励、复励)、混合式(励磁和永磁合成)三种；按电枢结构分为有槽、无槽、印刷绕组、空心杯形等；按输出量分为位置、速度、转矩(或力)三种控制系统；按运动模式分为增量式和连续式；按性能特点及用途不同又有不同品种。 一直流伺服电动机的工作原理及类型一直流伺服电动机的工作原理及类型二、常用直流伺服电动及特点二、常用直流伺服

5、电动及特点1、小惯量直流伺服电机 2、宽调速直流伺服电动机 第三节 直流伺服驱动控制1 1直流伺服电动机的工作特性直流伺服电动机的工作特性 2 2 直流伺服电动机的调速直流伺服电动机的调速(1) (1) 晶闸管调速控制方式晶闸管调速控制方式 三、直流伺服电动机的速度控制三、直流伺服电动机的速度控制 第三节 直流伺服驱动控制(2) (2) 晶体管脉宽调制调速控制方式晶体管脉宽调制调速控制方式 第四节 交流伺服驱动控制1、交流感应异步电动机的结构和工作原理2、SPWM变频控制器第五节 典型伺服系统A、步进式伺服系统的工作原理 步进式伺服系统中指令信号是单向传递的，驱动控制线路接收数控装置发出的进给

6、脉冲信号，并将其转换为控制步进电动机各相定子绕组依次通、断电的信号，使步进电动机运转。步进电动机的转子与机床丝杠连在一起(也可通过传动装置接到丝杠上)，带动丝杠转动，从而使工作台运动。也就是说，步进式伺服系统受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电信号通过步进电动机转变为具有一定大小和方向的机械角位移，通过机械传动带动工作台移动。 一一. . 开环步进式伺服系统开环步进式伺服系统第五节 典型伺服系统B B、提高开环系统伺服精度、提高开环系统伺服精度 提高开环系统伺服精度从结构上讲有：改善步进电机的性能、减小步距角、采用精密传动副、减小传动链中传动间隙等方法。从控制方法上讲有：传动间隙补偿、螺距

7、误差补偿、细分线路。1. 1. 传动间隙补偿传动间隙补偿 传动间隙补偿的基本方法为：判别进给方向变化后，首先不向步进电机输送反向位移脉冲，而是将间隙值换算为脉冲数，驱动步进电机转动，越过传动间隙，待间隙补偿结束后再按指令脉冲进行动作。第五节 典型伺服系统2. 2. 螺距误差补偿螺距误差补偿 传动链中的滚珠丝杠螺距累积误差直接影响工作台的位移精度，为数控设备提供了自动螺距误差补偿功能来解决这个问题。3. 3. 细分线路细分线路 细分线路是把步进电机的一步再分得细一些。如十细分线路，将原来输入一个进给脉冲步进电机走一步变为输入十个脉冲才走一步。第五节 典型伺服系统1.1.相位比较伺服系统相位比较伺

8、服系统2.2.幅值比较伺服系统幅值比较伺服系统二闭环伺服驱动系统二闭环伺服驱动系统第五节 典型伺服系统3. 3. 脉冲比较伺服系统脉冲比较伺服系统4. 4. 全数字式伺服系统全数字式伺服系统 全数字式伺服系统：是指系统中的控制信息全用数字量来处理。第六节 数控机床的进给传动部件2. 轴向垫片调整法1.1.刚性调整法刚性调整法 刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法。 一一. .传动齿轮副传动齿轮副1. 偏心套调整法第六节 数控机床的进给传动部件2.2.柔性调整法柔性调整法 柔性调整法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的调整法。 1. 轴向弹簧调整法 2. 周向弹簧调整法第六节 数控机床的进

9、给传动部件滚珠丝杠副的优点是：1)摩擦系数小，传动效率高；2)灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高；3)磨损小，寿命长，精度保持性好；4)可通过预紧和间隙消除措施提高轴间刚度和反向精度；5)运动具有可逆性。二二. .滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副第六节 数控机床的进给传动部件1. 1. 滚珠丝杠螺母副的结构滚珠丝杠螺母副的结构 滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环，滚珠循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道叫工作圈数。 2 2滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整 滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙，消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移。 常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：1). 垫片调隙式 第六节 数控机床的进给传动部件2). 螺母调隙式 3). 齿差调隙式 第六节 数控机