数控机床电气控制(第二版 教学课件 作者 杨兴 主编 白树森 副主编第6章.ppt

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1、第6章数控机床驱动装置第6章数控机床驱动装置6.1数控机床驱动装置概况6.2数控机床主轴驱动装置6.3数控机床进给驱动装置思考题与习题第6章数控机床驱动装置6.1数控机床驱动装置概况6.1.1数控机床驱动装置的类型数控机床驱动系统包括接收机床数控装置发出的速度和位置信号并放大这些信号的数控机床驱动装置和各轴驱动电机以及各轴速度和位置检测反馈单元。按照驱动对象的不同，数控机床驱动装置有主轴驱动装置和进给驱动装置之分。主轴驱动装置用于控制主轴电机的旋转运动，并在较宽的范围内对主轴的转速进行连续调节和提供所需的功率。主轴驱动装置分为通用变

2、频器（模拟主轴驱动装置）和专用主轴伺服驱动装置(串行主轴驱动装置)两种。第6章数控机床驱动装置第6章数控机床驱动装置进给驱动装置用来控制机床的切削进给运动，提供切削过程中所需要的扭矩，并可调节运动速度。进给驱动装置配合位置控制单元控制进给电动机可以实现工作台和刀具位置的精准控制。根据进给电动机的不同，进给驱动装置包括驱动步进电动机的步进驱动装置、驱动直流伺服电动机的直流伺服驱动装置以及驱动交流伺服电动机的交流伺服驱动装置等。由步进驱动装置组成的进给驱动系统通常为开环控制系统，早期经济型数控机床采用较多，现较少采用；由于交流变频技术的

3、发展，交流伺服驱动系统已广泛代替了直流伺服驱动系统，成为当今数控机床进给驱动的主流。根据有无检测元件以及检测元件安装位置的不同，伺服驱动系统又有开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统之分。由于数控机床驱动装置具有功率放大的作用，所以数控机床驱动装置又称伺服放大器。第6章数控机床驱动装置6.1.2对数控机床驱动系统的基本要求1．对主轴驱动系统的基本要求机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。机床主轴的工作运动通常是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。数控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的

4、相对切削运动。在20纪60-70年代，数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求：(1)调速范围足够宽并实现无极调速一般要求1：(100～1000)的恒转矩调速范围，1：10的恒功率调速范围，并能实现四象限驱动功能。(2)恒功率范围要宽主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转

5、矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分级无级变速的方法（即在低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。(3)主轴定向准停控制为满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削以及车削中心的某些加工工艺的需要，要求主轴具备高精度的准停功能。第6章数控机床驱动装置第6章数控机床驱动装置(4)主轴旋转与坐标轴进给的同步控制。在螺纹加工循环中，主轴转速与坐标轴的进给量必须保持一定的关系，即主轴每转一圈，沿工件的轴坐标必须按节矩进给相应的脉冲量。(5)恒线速切削控制利用车床进行端面切削时，为了保证加工端面的粗糙度Ra小于某一值，要求工件

6、与刀尖的接触点的线速度为恒值。(6)具有4象限驱动能力要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在1秒内从静止加速到6000r/min。（7）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。（8）良好的抗振性和热稳定性。第6章数控机床驱动装置2．对进给驱动系统的基本要求（1）高精度伺服驱动系统要具有较好的定位精度和轮廓加工精度，定位精度一般为0.01～0.001mm，甚至0.1um。（2）快速响应为了提高生产率和保证加工精度，要求伺服驱动系统跟踪指令信号的响应要快。一般在200ms以内，甚至小

7、于几十毫秒；另一方面要求超调小，否则将形成过切，影响加工质量。同时，要求系统的相对稳定性好，当系统受到干扰时，振荡小，恢复时间快。（3）调速范围宽在数控机床中，要求进给伺服驱动系统的速度达到1～24000mm/min的范围，即在1：24000的调速范围内，要求速度均匀、稳定、无爬行、速降小。在零速时，要求电机有电磁转矩，以维持定位精度。（4）低速大转矩数控机床加工的特点是在低速时进行重切削。所以，要求进给伺服系统在低速时要有较大的转矩输出，以满足切削加工的要求。（5）可逆运行可逆运行要求能灵活地正反向运行。6.2数控机床主轴驱动装置目前

8、数控机床主轴驱动方式有普通笼型异步电动机配通用变频器、变频电动机配通用变频器、交流伺服电机配专用交流伺服主轴驱动装置和电主轴等方式。第6章数控机床驱动装置第6章数控机床驱动装置1）普通笼型异步电动机配通