数控机床故障诊断与维修 教学课件 作者 崔永波 模块三 数控机床电气控制：.ppt

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1、任务二：华中世纪星HNC-2l/22进给驱动控制实现任务的学习目标1．熟悉步进电机运行原理及其驱动系统的连接；2．能根据交流伺服系统运行原理对其驱动系统进行连接；理论与技能要点一、数控机床对进给驱动系统的要求根据不同的控制方式，进给伺服分为开环控制与闭环控制两类开环控制常采用步进电机作为驱动元件，它不需要由位置和速度检测元件组成反馈检测回路。闭环控制采用伺服电机作为驱动元件，根据位置检测元件所处在数控机床不同的位置闭环可以分为半闭环控制、全闭环控制和混合闭环控制。半闭环控制一般将检测元件安装在伺服电机的非输出轴端，伺服电机角位移通过滚珠丝杠等机械传动机构转换为数控机床工作台的直线位移。

2、全闭环控制是将位置检测元件安装在机床工作台或某些部件上，以获取工作台的实际位移量。混合闭环控制则采用半闭环控制和全闭环控制结合的方式。交流进给伺服电机一般为永磁式同步电机，电动机主要由三部分组成，即：定子、转子和检测元件。其中定子由定子冲片、三相绕组线圈、支撑转子前后端盖和轴承等组成。伺服电机的转子主要由多对极的磁钢、转子冲片和电动机轴构成。数控机床对进给伺服驱动系统一般有以下几点要求：1．进给伺服驱动系统要具有快速性（即过度时间短）的特点，从零速到设定速度的时间小于200ms。2．进给伺服驱动系统要具有较宽的调速范围，以适合不同零件、不同工艺的要求。3．进给伺服驱动系统要具有较强的过

3、载能力，在低速切削时保持恒转矩，无爬行现象。4．进给伺服驱动系统精度一般为1μm或0.1μm。5．进给伺服驱动系统要有高可靠性。二、进给驱动系统的分类1．按执行元件的类别分类按执行元件的类别，可分为步进电动机、直流电动机、交流电动机进给驱动系统。（1）步进电动机进给驱动系统步进电动机驱动系统选用功率型步进电动机作为驱动元件。它主要有反应式和混合式两类。反应式价格较低，混合式价格较高，但混合式步进电动机的输出力矩大，运行频率及升降速度快，因而性能更好。（2）直流电动机进给驱动系统大惯量直流电动机具有良好的宽调速特性，其输出转矩大，过载能力强。由于电动机自身惯量较大，与机床传动部件的惯量相

4、当，因此，所构成的闭环系统安装在机床上，几乎不需再做调整（只要安装前调整好），使用十分方便。（3）交流电动机进给驱动系统目前已逐渐取代了直流伺服电动机。交流伺服电动机与直流伺服电动机相比最大的优点在于它不需要维护，制造简单，适合于在恶劣环境下工作。交流伺服电动机有交流同步电动机与异步电动机两大类。大多数交流进给驱动系统采用永磁式同步电动机。永磁式同步电动机主要由三部分组成，即定子、转子和检测元件。2．按有无检测元件和反馈环节分类按有无检测元件和反馈环节，可分为开环、闭环控制两类。开环控制与闭环控制的主要区别为是否采用了位置和速度检测反馈元件组成反馈系统。开环控制一般采用步进电动机作为驱

5、动元件，没有位置和速度反馈控制回路，从而简化了线路，设备投资低，调试维修都很方便，但它的进给速度和精度都较低，一般应用于经济型数控机床及普通的机床改造。闭环控制一般采用伺服电动机作为驱动元件，可以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。半闭环控制一般将检测元件安装在伺服电动机的非输出轴端，伺服电动机角位移通过滚珠丝杠等机械传动机构转换为数控机床工作台的直线或角位移。全闭环控制是将位置检测元件安装在机床工作台或某些部件上，以获取工作台的实际位移量。混合闭环控制则采用半闭环控制和全闭环控制结合的方式。半闭环位置检测方式一般将位置检测元件安装在电动机的轴上（通常已由电动机生产厂家装好），用以精确控

6、制电动机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动机构，将电动机的角度变化转换成工作台的直线位移。在精度要求适中的中、小型数控机床上半闭环控制得到了广泛的应用。图3-12半闭环控制的进给驱动系统半闭环方式的优点是它的闭环环路短（不包括传动机械），因而系统容易达到较高的位置增益，不发生振荡现象，它的快速性也好，动态精度高，传动机构的非线性因素对系统的影响小。但如果传动机构的误差过大或误差不确定，则数控系统难以补偿。因此要进一步提高精度，只有采用全闭环控制方式。全闭环方式直接从机床的移动部件上获取位置的实际移动值，因此其检测精度不受机械传动精度的影响。所以采用全闭环方式时必须增大机床的刚性，改善滑动面

7、的摩擦特性，减小传动间隙，这样才有可能提高位置增益。全闭环方式主要应用在精度要求较高的大型数控机床上。混合闭环方式采用半闭环与全闭环结合的方式。它利用半闭环所能达到的高位置增益，从而获得了较高的速度与良好的动态特性，又利用全闭环补偿半闭环无法修正的传动误差，从而提高了系统的精度。混合闭环方式适用于重型、超重型数控机床，因为这些机床的移动部件很重，设计时提高刚性较困难。三、华中世纪星HNC-21/22数控系统与进给驱动装置的连接在数控机床上进给驱