数控机床进给伺服驱动系统学习教案
会计学1数控机床数控机床(sh kn j chun)进给伺服进给伺服驱动系统驱动系统第一页，共37页一、定义：一、定义： 进给伺服系统进给伺服系统(Feed Servo System)以移以移动部件的位置动部件的位置(wi zhi)和速度作为控制量的自动控和速度作为控制量的自动控制系统，又称位置制系统，又称位置(wi zhi)随动系统、驱动系统、随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元伺服机构或伺服单元 伺服系统是数控装置和机床主机的联系环节，伺服系统是数控装置和机床主机的联系环节，接收接收CNC装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过变换和放大由伺服电机带动传动机构，信息，经过变换和放大由伺服电机带动传动机构，最后转化为机床的直线或转动位移最后转化为机床的直线或转动位移 第一节 概述(i sh)第1页/共36页第二页，共37页第一节 概述(i sh)第2页/共36页第三页，共37页第一节 概述(i sh)第3页/共36页第四页，共37页第一节 概述(i sh)1.调速范围调速范围(fnwi)要宽要宽 2.位移精度要高位移精度要高3.跟随误差要小跟随误差要小,响应要快响应要快4.稳定性要好，可靠性要高。
稳定性要好，可靠性要高一数控机床一数控机床(sh kn j chun)对伺服系统的要求对伺服系统的要求二伺服驱动系统的组成二伺服驱动系统的组成第4页/共36页第五页，共37页 按控制理论分类按控制理论分类开环伺服系统开环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统2. 按驱动执行元件的动作原理按驱动执行元件的动作原理(yunl)分类分类电液伺服系统电液伺服系统电气伺服系统电气伺服系统三伺服驱动三伺服驱动(q dn)系统的分类系统的分类第一节 概述(i sh)第5页/共36页第六页，共37页3. 按被控对象分类按被控对象分类 进给伺服系统进给伺服系统 主轴伺服系统主轴伺服系统4. 按反馈按反馈(fnku)比较控制方式分类比较控制方式分类 脉冲、数字比较伺服系统脉冲、数字比较伺服系统 相位比较伺服系统相位比较伺服系统 幅值比较伺服系统幅值比较伺服系统 全数字伺服系统全数字伺服系统三伺服驱动系统三伺服驱动系统(xtng)的分类的分类第一节 概述(i sh)5. 按执行电动机类型分类按执行电动机类型分类直流伺服系统直流伺服系统交流伺服系统交流伺服系统第6页/共36页第七页，共37页。
第二节 步进伺服驱动(q dn)控制 步进电动机一般步进电动机一般(ybn)用于开环伺服系统中，用于开环伺服系统中，没有位置反馈环节，位置控制精度由步进电动机和没有位置反馈环节，位置控制精度由步进电动机和进给链来决定进给链来决定第7页/共36页第八页，共37页功率密度大，但步距角不可能功率密度大，但步距角不可能做的很小做的很小n混合式：结合上述两种的优点，混合式：结合上述两种的优点，永久磁铁提高功率密度，细密永久磁铁提高功率密度，细密的极齿减小步距角，但加工困的极齿减小步距角，但加工困难，成本高难，成本高第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第8页/共36页第九页，共37页 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电(jdin)执行元件执行元件 步进电动机由转子和定子绕组组成当某相定子绕组由脉冲步进电动机由转子和定子绕组组成当某相定子绕组由脉冲电流励磁后，便能吸引转子，使转子转一个电流励磁后，便能吸引转子，使转子转一个(y )角度，即步距角度，即步距角，每一个角，每一个(y )步距角对应一个步距角对应一个(y )位移量，指令脉冲的频率位移量，指令脉冲的频率就对应工作台的移动速度。
就对应工作台的移动速度第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第9页/共36页第十页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进电机步进电机(dinj)的原理的原理第10页/共36页第十一页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进电机步进电机(dinj)的原理的原理 第11页/共36页第十二页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进电机步进电机(dinj)的特性的特性第12页/共36页第十三页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第13页/共36页第十四页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进式伺服系统工作步进式伺服系统工作(gngzu)原理原理第14页/共36页第十五页，共37页3.工作台方向的控制工作台方向的控制定子绕组通电顺序的改变定子绕组通电顺序的改变-工工作台运动方向改变作台运动方向改变第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第15页/共36页第十六页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进电机步进电机(dinj)的驱动控制线路的驱动控制线路第16页/共36页第十七页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第17页/共36页第十八页，共37页。
第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第18页/共36页第十九页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第19页/共36页第二十页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制细分前后(qinhu)一步角位移波形图（a） 无细分 （b） 细分后第20页/共36页第二十一页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第21页/共36页第二十二页，共37页第二节 步进伺服驱动(q dn)控制曲线1理想的移动（没有螺距(luj)误差） 曲线2实际的移动（有螺距(luj)的误差）曲线3补偿前的误差曲线 曲线4补偿后的误差曲线第22页/共36页第二十三页，共37页第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统第23页/共36页第二十四页，共37页第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统直流伺服电机与普通直流电机的工作原理与基本结构直流伺服电机与普通直流电机的工作原理与基本结构是一样的，从结构特点上可以分为有刷和无刷两种基本类型是一样的，从结构特点上可以分为有刷和无刷两种基本类型两者的静态特性两者的静态特性(txng)和动态特性和动态特性(txng)完全相同，控制完全相同，控制方法也相同方法也相同。
常用的直流电机多为大功率直流伺服电机，如低惯量常用的直流电机多为大功率直流伺服电机，如低惯量电机和宽调速电机等电机和宽调速电机等1) 低惯量直流伺服电机主要有无槽电枢直流伺服电机及其他一些低惯量直流伺服电机主要有无槽电枢直流伺服电机及其他一些类型类型(lixng)的电机无槽电枢直流伺服电机的工作原理与一般直流的电机无槽电枢直流伺服电机的工作原理与一般直流电机相同，其结构的差别和特点是：电枢铁心是光滑无槽的圆体，电机相同，其结构的差别和特点是：电枢铁心是光滑无槽的圆体，电枢绕组用环氧树脂固化成型并粘结在电枢铁心表面上，电枢的长电枢绕组用环氧树脂固化成型并粘结在电枢铁心表面上，电枢的长度与外径之比在度与外径之比在5倍以上，气隙尺寸比一般的直流电机大倍以上，气隙尺寸比一般的直流电机大10倍以上它的输出功率在几十瓦至它的输出功率在几十瓦至10 kW以内主要用于要求快速动作、功率以内主要用于要求快速动作、功率较大的系统较大的系统 第24页/共36页第二十五页，共37页第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统V RaKt KtKvM-第25页/共36页第二十六页，共37页第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统第26页/共36页第二十七页，共37页。
第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统第27页/共36页第二十八页，共37页复杂的多，对控制元件的容量复杂的多，对控制元件的容量及速度的要求也很高及速度的要求也很高AC伺服伺服电机（包括伺服单元）的价格电机（包括伺服单元）的价格高于同等高于同等DC伺服电机伺服电机第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统第28页/共36页第二十九页，共37页第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统交流伺服电机的控制方法交流伺服电机的控制方法 幅值控制、相位幅值控制、相位(xingwi)控制和幅值相位控制和幅值相位(xingwi)混合控制混合控制第29页/共36页第三十页，共37页n鉴相式伺服系统的基本组成鉴相式伺服系统的基本组成第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统第30页/共36页第三十一页，共37页n5.驱动线路和执行元件驱动线路和执行元件第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统第31页/共36页第三十二页，共37页该进给脉冲作为指令脉冲，该进给脉冲作为指令脉冲，其数量代表了工作台的指令进其数量代表了工作台的指令进给量，其频率代表了工作台的给量，其频率代表了工作台的进给速度，其方向代表了工作进给速度，其方向代表了工作台的进给方向。
台的进给方向第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统第32页/共36页第三十三页，共37页随误差随误差- = 1 工作台进给后：工作台进给后： = 1 跟随跟随误差误差- = 1 - 1 第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统第33页/共36页第三十四页，共37页第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统鉴相式伺服系统的类别鉴相式伺服系统的类别(libi)第34页/共36页第三十五页，共37页第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统鉴相式伺服系统的类别鉴相式伺服系统的类别(libi)第35页/共36页第三十六页，共37页NoImage内容(nirng)总结会计学数控机床的伺服包括：进给伺服驱动系统和主轴伺服系统两部分式中m相m拍时，k=1矩角特性是步进电机的一个重要特性，它描述步进电机由静止到工作频率和由工作频将环形分配器输出的mA级电流(dinli)进行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器组成曲线4补偿后的误差曲线数控系统对执行元件（能量转换和信号转换）的要求：两者的静态特性和动态特性完全相同，控制方法也相同异步感应型（IM型）鉴相式伺服系统的类别第三十七页，共37页。
