第7章数控机床的进给伺服系统ppt课件.ppt

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1、第七章数控机床的进给伺服系统7-1概述7-2步进电动机及其驱动系统7-3直流伺服电动机及其速度控制7-4交流伺服电动机及其速度控制7-5主轴驱动7-6位置控制立式铣床§7-1概述主轴电机伺服电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机带制动器伺服电机加工中心伺服驱动系统（ServoSystem)CNC系统驱动电机检测装置控制信号反馈信号光栅尺伺服驱动系统一、数控机床伺服系统的定义伺服系统是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。CNC装置是数控机床的“大脑”，“指挥机构”；伺服系统是数控机床的“四肢”，“执行机构”。伺服系统的组成检测装置：感

2、应同步器、旋转变压器、光栅、脉冲编码器等。驱动电机：步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机数控加工与传统加工的比较本质区别由人操作，机床进给系统能保证切削过程继续进行，不能控制执行件的位移和轨迹.由CNC装置按照零件程序完成零件的加工。能精确地控制执行件的速度、方向、和位置，且可使几个执行件按一定的运动规律合成轨迹。二、数控机床伺服系统的分类1、按伺服系统控制方式分开环系统步进电机，无位置反馈，投资低，精度低闭环系统直接测量实际位移进行反馈，精度高半闭环系统间接测量位移进行反馈，精度低于闭环2、按控制对象和使用目的不同分进给伺服系统控制各坐

3、标轴的切削进给运动主轴驱动伺服系统控制主轴的旋转运动辅助伺服系统控制刀库、料库等辅助系统的运动，多采用建议的位置控制。二、数控机床伺服系统的分类（续）3、按反馈比较控制方式分脉冲比较伺服系统相位比较伺服系统幅值比较伺服系统全数字伺服系统。4、按所用驱动元件的类型分步进电动机驱动系统直流伺服驱动系统交流伺服驱动系统直线电动机驱动系统三、数控机床对伺服系统的要求高精度要求定位准确（定位误差持别是重复定位误差要小），跟随精度高（跟随误差小）。一般定位精度要求达到mm级，高的达0.01~0.005mm。灵敏度高，响应快提高生产率和保证加工质量，一般电机

4、升降速过渡过程，时间在0.2s以下。另外，当负载突变时，要求速度的恢复时间短，且无振荡，这样才能得到光滑的加工表面。调速范围宽保证在任何情况下都能得到最佳切削条件和加工质量，一般要求调速范围：最低转速/最高转速=1/1000~1/10000，且通常是无级调速。低速大转矩一般是在低速进行重切削，所以在低速时进给驱动要有大的转矩输出。可靠性高对环境的适应性强，性能稳定，使用寿命长。开环伺服系统☆开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件；☆没有位置反馈回路和速度反馈回路；☆设备投资低，调试维修方便，但精度差，高速扭矩小；☆用于中、低档数控机床及普通机床改

5、造。闭环伺服系统☆闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工作台上；☆检测装置构成闭环位置控制。☆闭环方式被大量用在精度要求较高的大型数控机床上。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，用以精确控制电机的角度，为间接测量；☆坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，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。☆适用于精度要求适中的中小型数控机床。§7-2步进电动机及其驱动系统步进电动机主要用于开环位置控制系统。它由步进电动机驱动电源和步进电动机组成，没有反馈环节。这种系统较简单，控制较容易，维修也较方便，而且为全

6、数字化控制。由于开环系统精度不高，且步进电动机的功率和速度不高，因此步进电动机驱动系统仅用于小容量、加工速度低、脉冲当量和精度不太高的场合，如经济型数控机床和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。一、步进电动机1.步进电动机的分类(1)按运动方式分：旋转式、直线运动式、平面运动式和滚切运动式。(2)按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、永磁感应子式(混合式)。(3)按结构分：单段式(径向式)、多段式(轴向式)，印刷绕组式(4)按相数分：三相、四相、五相、六相和八相等。(5)按使用频率分：高频步进电动机和低频步进电动机。2.步进电动

7、机的控制原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电动机。位移量的控制向步进电动机送一个控制脉冲，其转轴就转过一个角度或移动一个直线位移，称为一步；脉冲数增加，角位移(或线位移)随之增加，即脉冲数决定位移量。进给速度的控制脉冲频率高，则步进电动机的旋转速度就高，反之则低，即脉冲频率决定进给速度。运动方向的控制改变分配脉冲的相序，实现步进电动机的正、反转，从而改变运动方向。与一般交流和直流电动机所不同的是，步进电动机定子绕组所加的电源形式为脉冲电压，而不是正弦电压或者恒定直流电压。3.反应式步进电动机极与极之间的夹角为60°

8、，每个定子磁极上均匀分布了五个齿，齿槽距相等，齿距角为9°。转子铁心上无绕组，只有均匀分布的40个齿，齿槽距相等，齿距角为360°/40＝9°。绕组定