数控机床的进给伺服系统ppt课件

第八章数控机床的进给伺服系统1淮海工学院淮海工学院2一、一、伺服系统的组成伺服系统的组成数控机床的伺服系统按其功能可分为：数控机床的伺服系统按其功能可分为：进给伺服系统进给伺服系统主轴伺服系统主轴伺服系统主轴伺服系统主轴伺服系统用于控制机床主轴的转动。用于控制机床主轴的转动。7.17.1概述概述淮海工学院7.1概述淮海工学院3进进给给伺伺服服系系统统是是以以机机床床移移动动部部件件（如如工工作作台台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统。的位置和速度作为控制量的自动控制系统。伺服驱动装置伺服驱动装置组成组成伺服电机伺服电机机械传动机构机械传动机构执行部件执行部件7.17.1概述概述淮海工学院进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为4进给伺服系统的作用：进给伺服系统的作用：1 1、接受数控装置发出的进给速度和位移指令、接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号。信号。2 2、由伺服驱动装置作一定的转换和放大。、由伺服驱动装置作一定的转换和放大。3 3、经伺服电机和机械传动机构，驱动机床的、经伺服电机和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。7.17.1概述概述淮海工学院进给伺服系统的作用：7.1概5进给伺服系统功功能：根据指令信号精确地控制执行部件根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。按一定规律运动所合成的运动轨迹。7.17.1概述概述淮海工学院进给伺服系统功能：根据指令信号精确地控6二、二、对伺服系统的基本要求对伺服系统的基本要求1.位移精度高位移精度高2.稳定性好稳定性好3.快速响应快速响应4.调速范围宽调速范围宽5.低速大扭矩低速大扭矩7.17.1概述概述淮海工学院二、对伺服系统的基本要求7.17三、伺服系统的分类三、伺服系统的分类数控机床的伺服系统按其控制原理和有无位数控机床的伺服系统按其控制原理和有无位置反馈装置分为：置反馈装置分为：开环伺服系统开环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统按其用途和功能分为：按其用途和功能分为：进给驱动系统进给驱动系统主轴驱动系统主轴驱动系统7.17.1概述概述淮海工学院三、伺服系统的分类数控机床的伺服系统按8按驱动执行元件的动作原理分为按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统电液伺服驱动系统直流伺服驱动系统直流伺服驱动系统电气伺服驱动系统电气伺服驱动系统交流伺服驱动系统交流伺服驱动系统直线电动机伺服系统直线电动机伺服系统7.17.1概述概述淮海工学院按驱动执行元件的动作原理分为7.1概述淮海工学院9（一）开环伺服系统（一）开环伺服系统开开环环伺伺服服系系统统采采用用步步进进电电机机作作为为驱驱动动元元件件；没有位置反馈回路和速度反馈回路；没有位置反馈回路和速度反馈回路；设设备备投投资资低低，调调试试维维修修方方便便，但但精精度度差差，高高速扭矩小；速扭矩小；用于中、低档数控机床及普通机床改造。用于中、低档数控机床及普通机床改造。7.17.1概述概述淮海工学院（一）开环伺服系统7.1概述淮海工学10图7-1开环伺服系统7.17.1概述概述淮海工学院图7-1开环伺服系统7.1概述淮海工学院11（二）（二）闭环伺服系统闭环伺服系统闭闭环环伺伺服服系系统统的的位位置置检检测测装装置置安安装装在在机机床床的的工工作台上；作台上；检测装置构成闭环位置控制。检测装置构成闭环位置控制。闭闭环环方方式式被被大大量量用用在在精精度度要要求求较较高高的的大大型型数数控控机床上。机床上。7.17.1概述概述淮海工学院（二）闭环伺服系统7.1概述淮海工学院12图7-2闭环伺服系统7.17.1概述概述淮海工学院图7-2闭环伺服系统7.1概述淮海工学院13（三）半闭环伺服系统（三）半闭环伺服系统位位置置检检测测元元件件安安装装在在电电动动机机轴轴上上或或丝丝杠杠上上，用用以精确控制电机的角度，为间接测量；以精确控制电机的角度，为间接测量；坐坐标标运运动动的的传传动动链链有有一一部部分分在在位位置置闭闭环环以以外外，其传动误差没有得到系统的补偿；其传动误差没有得到系统的补偿；半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。适用于精度要求适中的中小型数控机床。适用于精度要求适中的中小型数控机床。7.17.1概述概述淮海工学院（三）半闭环伺服系统位置检测元件安装在电动机轴上或丝杠上，14图7-3半闭环伺服系统7.17.1概述概述淮海工学院图7-315四、四、进给驱动与主轴驱动进给驱动与主轴驱动进给伺服系统包括进给伺服系统包括 速度控制环速度控制环 位置控制环位置控制环 用用于于数数控控机机床床工工作作台台或或刀刀架架坐坐标标的的控控制制系统。系统。主轴伺服系统控制机床主轴的旋转运动。主轴伺服系统控制机床主轴的旋转运动。7.17.1概述概述淮海工学院四、进给驱动与主轴驱动进给伺服系统包括速度控制环16五、交流伺服电机特点五、交流伺服电机特点：转子惯量比直流电机小，动态响应好。转子惯量比直流电机小，动态响应好。容易维修，制造简单容易维修，制造简单适适合合于于在在较较恶恶劣劣环环境境中中使使用用，易易于于向向大大容量、高速度方向发展容量、高速度方向发展性性能能优优异异，已已达达到到或或超超过过直直流流伺伺服服系系统统，交交流流伺伺服服电电机机已已在在数数控控机机床床中中得得到到广广泛泛应用。应用。7.17.1概述概述淮海工学院五、交流伺服电机特点：7.1概述淮海工学院177.27.2步进电机及其驱动装置步进电机及其驱动装置一、步进电机工作原理一、步进电机工作原理 步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统中，步进电机受驱动线路控制，将进在此系统中，步进电机受驱动线路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。作台移动。淮海工学院7.2步进电机及其驱动装置一、步进电机工作原理淮海工学院18图图7 74 4 步进电机步进电机淮海工学院图74步进电机淮海工学院19淮海工学院淮海工学院20图7-6三相反应式步进电机结构步进电机结构步进电机结构：定子定子 转子转子7.27.2步进电机及其驱动装置步进电机及其驱动装置淮海工学院图7-6三相反应式步进电机结构步进电机结构：定子7.221图7-7步进电机工作原理淮海工学院图7-7步进电机工作原理淮海工学院22二、步进电机的主要性能指标二、步进电机的主要性能指标1.步距角和步距误差步距角和步距误差 2.2.静态转矩与矩角特性静态转矩与矩角特性3 3起动矩频特性起动矩频特性4.4.空载起动频率空载起动频率f fq q(步步s)s)5.5.运行矩频特性运行矩频特性6.6.矩频特性与动态转矩矩频特性与动态转矩 7.27.2步进电机及其驱动装置步进电机及其驱动装置淮海工学院二、步进电机的主要性能指标1.步距角和步距误差7.223三三 步进电机功率驱动步进电机功率驱动步进电机驱动线路完成由弱电到强电的步进电机驱动线路完成由弱电到强电的转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号。机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号。脉冲发生器脉冲发生器驱动控制电路组成驱动控制电路组成 环形分配器环形分配器 功率放大器功率放大器7.27.2步进电机及其驱动装置步进电机及其驱动装置淮海工学院三步进电机功率驱动步进电机驱动线路完24四、四、开环控制步进式伺服系统的工作原理开环控制步进式伺服系统的工作原理1.1.工作台位移量的控制工作台位移量的控制2.工作台进给速度的控制工作台进给速度的控制3.3.3.3.工作台运动方向的控制工作台运动方向的控制7.27.2步进电机及其驱动装置步进电机及其驱动装置淮海工学院四、开环控制步进式伺服系统的工作原理工作台位移量的控制7.257.3 7.3 交流伺服系统交流伺服系统一、数控机床用交流电机一、数控机床用交流电机交流伺服系统按电机种类：交流伺服系统按电机种类：同步型同步型 异步型（感应电机）异步型（感应电机）数数控控机机床床进进给给伺伺服服系系统统中中多多采采用用永永磁磁式式同同步步电机。电机。淮海工学院7.3交流伺服系统一、数控机床用交流电机淮海26二、交流电机的速度控制二、交流电机的速度控制交流电机的调速交流电机的调速交流异步电机的转速表达式为：交流异步电机的转速表达式为：（r/minr/min）(7-7)(7-7)式中式中 f f1 1定子电源频率（定子电源频率（HzHz）；）；p p磁极对数；磁极对数；s s转差率。转差率。7.3 7.3 交流伺服系统交流伺服系统淮海工学院二、交流电机的速度控制交流电机的调速7.3交流伺服27三、交流电机的变频调速三、交流电机的变频调速变变频频调调速速的的主主要要环环节节是是能能为为交交流流电电机机提供变频电源的变频器。提供变频电源的变频器。变变频频器器的的功功用用将将频频率率固固定定（电电网网频频率率为为50Hz50Hz）的的交交流流电电，变变换换成成频频率率连连续续可调（可调（0 0400Hz400Hz）的交流电。）的交流电。变频器可分为变频器可分为 交交-直直-交变频器交变频器 交交-交变频器交变频器7.3 7.3 交流伺服系统交流伺服系统淮海工学院三、交流电机的变频调速7.3交流28交流伺服电动机与步进电动机的性能比较交流伺服电动机与步进电动机的性能比较1、交流伺服电动机不会失步；交流伺服电动机不会失步；2 2、具有稳定的转矩特性，可达更高的生产、具有稳定的转矩特性，可达更高的生产速度。速度。7.3 7.3 交流伺服系统交流伺服系统淮海工学院交流伺服电动机与步进电动机的性能比较1、交流伺服电动机不会失29