数控编程第三十四讲课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数 控 技 术,主讲教师：仇晓黎,东南大学远程教育,第 三十四 讲,1,数 控 技 术主讲教师：仇晓黎东南大学远程教育第 三十,三、伺服控制系统分类,1、按控制方式分类,位置控制系统可分为开环、半闭环和闭环三种。,开环控制不需要位置检测及反馈，半闭环、闭环控制需要位置检测及反馈。,2,三、伺服控制系统分类开环控制不需要位置检测及反馈，半闭环、闭,1）开环系统,3,1）开环系统3,如图为开环伺服系统，它由步进电机及其驱动线路等组成。,其功能是每输入一个指令脉冲，步进电机就旋转一定角度，步进电机的旋转速度取决于指令脉冲的频率、转角的大小有指令脉冲数所决定。由于系统中没有位置检测器及反馈线路，因此，开环系统的精度较差，但由于结构简单，易于调整，在精度不太高的场合中较广泛的应用。,4,如图为开环伺服系统，它由步进电机及其驱动线路等组成。4,如图是典型的闭环伺服系统，它由伺服电机、检测器、比较线路、伺服放大线路等部分组成。,2）闭环系统,5,如图是典型的闭环伺服系统，它由伺服电机、检测器、比较线路、伺,它根据来自检测器的反馈信号与指令信号比较的结果来进行速度和位置的控制。,对大部份数控机床来说，其检测反馈是从伺服电机轴或滚珠丝杠上取得的。,对高精度或大型机床，才直接从安装在工作台等移动部件上的检测器中取得反馈信号。,为区别两者起见，把前者称之为半闭环系统。,6,它根据来自检测器的反馈信号与指令信号比较的结果来进行速度和位,直接测量工作台等移动部件的位移从而建立反馈控制当然最好，,但这种测量装置的价格较高，安装及调整都比较复杂且不易保养；,相比之下半闭环系统中的测量转角就比较容易，,但其补偿精度比闭环系统差，但系统简单而且调整方便，现在已广泛地应用在数控机床上。,7,直接测量工作台等移动部件的位移从而建立反馈控制当然最好，但这,2、按所驱动的伺服电动机分类,（1）步进电动机伺服控制,（2）直流伺服系统,采用直流伺服驱动器将交流电转变为可控制的直流电驱动直流伺服电动机。,直流伺服驱动器所采用晶闸管(SCR)调速系统和晶体管脉宽调制(PWM)调速系统。,（3）交流伺服系统,采用改变交流伺服电动机的供电频率的方法来达到电动机调速的目的,8,2、按所驱动的伺服电动机分类（2）直流伺服系统8,3、按进给驱动和主轴驱动分类,（1）进给伺服系统,是指一般意义的伺服系统，包括速度控制和位置控制。,进给伺服系统要完成坐标轴的定位和轮廓跟踪功能，是数控机床中要求最高的伺服系统。,（2）主轴伺服系统,一般只是一个速度控制系统，主要实现追大洲无级调速和满足功率与扭矩的输出。,对其精度和快速响应要求也没有进给伺服系统高。,9,3、按进给驱动和主轴驱动分类进给伺服系统要完成坐标轴的定位和,作业：,P314思考题1、3、4、5,10,作业：P314思考题1、3、4、5 10,第六章 数控机床的伺服系统,第一节 概述,第二节 进给驱动,第三节 主轴驱动,第四节 检测元件,第五节 位置控制系统,11,第六章 数控机床的伺服系统第一节 概述第二节 进给驱动,第六章第二节进给驱动,一、直流伺服电动机速度控制单元,二、交流伺服电动机速度控制单元,12,第六章第二节进给驱动一、直流伺服电动机速度控制单元12,一、直流伺服电动机速度控制单元,1、直流电动机的调速方法与性能,（1）永磁直流伺服电动机的工作原理与性能,13,一、直流伺服电动机速度控制单元（1）永磁直流伺服电动机的工作,（2）直流电动机的调速方法与性能,。,14,（2）直流电动机的调速方法与性能。14,2、晶闸管直流调速系统,（1）系统的组成,（2）主回路工作原理,15,2、晶闸管直流调速系统（2）主回路工作原理15,（3）晶闸管速度控制单元,。,16,（3）晶闸管速度控制单元。16,3、PWM直流调速,（1）晶体管脉宽调制原理,17,3、PWM直流调速（1）晶体管脉宽调制原理17,（2）PWM直流调速的特性及原理,。,18,（2）PWM直流调速的特性及原理。18,（3）常用的PWM直流调速系统,。,19,（3）常用的PWM直流调速系统。19,二、交流伺服电动机速度控制单元,1、交流伺服电动机的结构与性能,（1）交流伺服电动机的结构特点,20,二、交流伺服电动机速度控制单元（1）交流伺服电动机的结构特点,（2）永磁式同步交流伺服电动机的工作原理和性能,。,21,（2）永磁式同步交流伺服电动机的工作原理和性能。21,2、永磁同步交流伺服电动机调速系统,（1）PWM变频器,22,2、永磁同步交流伺服电动机调速系统（1）PWM变频器22,（2）PWM变频调速原理,。,23,（2）PWM变频调速原理。23,3、全数字交流伺服系统,（1）全数字交流伺服系统机器最新发现,。,24,3、全数字交流伺服系统。24,（2）全数字式SPWM变频器,。,25,（2）全数字式SPWM变频器。25,。,4、永磁交流伺服电动机中的传感器,26,。4、永磁交流伺服电动机中的传感器26,作业：,P314思考题1、3、4、5,27,作业：P314思考题1、3、4、5 27,第六章 数控机床的伺服系统,第一节 概述,第二节 进给驱动,第三节 主轴驱动,第四节 检测元件,第五节 位置控制系统,28,第六章 数控机床的伺服系统第一节 概述第二节 进给驱动,第六章第三节主轴驱动,一、对主轴驱动的要求,二、直流主轴驱动系统,三、交流主轴控制系统,29,第六章第三节主轴驱动一、对主轴驱动的要求29,一、对主轴驱动的要求,机床主传动主要是旋转运动，无需丝杠或其他直线运动装置。,1、对功率的要求,要求主转动电动机应有2.2-250KW的功率范围，既要能输出大的功率，又要求主轴结构简单。,2、宽调速范围,数控机床要求主驱动系统在1:100-1000范围内进行恒转矩和1:10的恒功率调速，,30,一、对主轴驱动的要求1、对功率的要求30,3、定位功能,要求主轴能与进给驱动实行同步控制；,在加工中心上为了自动换刀还要求主轴能进行高精度的准停控制；,为了保证端面加工的表面质量，要求主轴具有恒线速度表面切削功能；,有的数控机床要求具有较大分度控制功能。,现在国际上新生产的数控机床绝大多数采用交流主轴驱动系统。,31,3、定位功能为了保证端面加工的表面质量，要求主轴具有恒线速度,二、直流主轴驱动系统,1、电动机结构与性能,。,32,二、直流主轴驱动系统。32,2、直流速度控制单元,。,33,2、直流速度控制单元。33,三、交流主轴控制单元,1、交流主轴电动机结构与性能,。,34,三、交流主轴控制单元。34,2、交流电动机的调速,。,35,2、交流电动机的调速。35,3、感应式异步电动机的矢量控制,。,36,3、感应式异步电动机的矢量控制。36,作业：,P314思考题1、3、4、5,37,作业：P314思考题1、3、4、5 37,第六章 数控机床的伺服系统,第一节 概述,第二节 进给驱动,第三节 主轴驱动,第四节 检测元件,第五节 位置控制系统,38,第六章 数控机床的伺服系统第一节 概述第二节 进给驱动,第六章第四节检测元件,一、概述,二、光电盘与编码盘,三、光栅测量装置,四、感应同步器测量装置,五、磁尺测量装置,39,第六章第四节检测元件一、,一、概述,伺服驱动元件中，步进电机、电液脉冲马达能够按数控装置发出的指令脉冲进行工作，在一般情况下不会失步，不需要位置检测，它们常用于开环系统。,在闭环系统中，常用各种直流电机以至于交流电机作为驱动元件，这就必须要有检测装置。,把位移测量信号作为反馈信号，并将信号转换成数字，送回计算机，和指令脉冲进行比较并控制驱动元件正确运转，所以测量装置是保证数控机床精度的关键。,40,一、概述在闭环系统中，常用各种直流电机以至于交流电机作为驱动,数控机床对位置测量装置的要求是：,（1）工作可靠；,（2）使用维护方便；,（3）满足速度和精度要求，,（4）成本低。,41,数控机床对位置测量装置的要求是：41,由于工作条件和测量要求的不同，在数控机床上有不同的测量方式。,1增量式测量和绝对式测量,增量式测量的特点是：只测位移增量，如果测量单位为0.01毫米，则每移动0.01毫米就发出一个测量信号。,其优点是测量装置比较简单，任何一个对中点都可作为测量起点，,在轮廓控制数控机床上大都采用这种测量方式，,典型的检测元件如感应同步器、光栅等。,42,由于工作条件和测量要求的不同，在数控机床上有不同的测量方式。,但在增量式测量系统中，移距是靠对测量信号计数读出的，一旦计数有误，此后的测量结果全错了。,再有在发生某种故障时（断电、断刀等），事故排除后，不能再找到事故前的正确位置，,这是由于这种测量没有一个特定的标志，这时必须将工作台移至起始点重新计数才能找到事故前的正确位置，这就是增量测量方式的缺点。,绝对值测量方式从原则上讲可以避免上述缺点，它的被测量的任一点的位置都由一个固定的零点算起，每一被测点都有一个相应的测量值，,43,但在增量式测量系统中，移距是靠对测量信号计数读出的，一旦计数,典型的如数码盘，对应码盘的每一个角位有一组二进位数。显然分辨率要求愈高，所须二进位数也愈多，结构也愈复杂。,2数字式测量和模拟式测量,数字式测量是将被测量用测量单位量化后以数字形式表示。,以直线测量为例，只要测量单位足够小（例0.01毫米或更小），就可以将被测距离比较准确的数量化。,44,典型的如数码盘，对应码盘的每一个角位有一组二进位数。显然分辨,测量信号一般是电脉冲，可以把它直接送数控装置进行比较处理等。,其典型的测量装置如光栅位移测量装置。,数字式测量的特点是：,1）被测量量化后转换成脉冲个数，便于显示和处理；,2）测量精度取决于测量单位，和量程基本无关（当然也有累积误差问题）；,3）测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力较强。,45,测量信号一般是电脉冲，可以把它直接送数控装置进行比较处理等。,模拟式测量是将被测量用连续的变量来表示，如用相位变化，电压变化来表示。,在大量程内作精确的模拟测量在技术上有较高要求，,在数控机床上模拟式测量主要用于小量程的测量，例如感应同步器的一个线距内信号相位变化等。,模拟式测量的特点是:,1）直接测量被测量，无须量化；,2）在小量程内可以实现高精度测量。,46,模拟式测量是将被测量用连续的变量来表示，如用相位变化，电压变,3直接测量和间接测量,直接测量装置上常用光栅，感应同步器等直接来测量工作台的直线位移，,其优点是直接反应工作台的直线位移量，,缺点是测量装置要和行程等长，这对大型数控机床来说是一个很大的限制。,间接测量是通过和工作台直线运动相关联的回转运动间接的测量工作台的直线位移，,回转测量装置有旋转变压器等。,间接测量使用可靠方便，无长度限制，,其缺点是测量信号加入了直线转变为回转运动的传动链误差，从而影响测量精度。,47,3直接测量和间接测量其优点是直接反应工作台的直线位移量，4,