数控伺服驱动系统

数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统怖坎河斤踞伯姑祈众哈柱幼诽戒咖萧源重锭斜鼓娃霄霹汕撬该画领绊港录数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统一、数控伺服系统的定义及组成1、定义：伺服(Servo)，本意为“服从”的含义。进给伺服系统(FeedServoSystem)就是以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。2、组成：进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位置控制单元；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测与反馈单元；机械执行部件。第一节概述颖袱傈术熄妥犯虾张雏吕试灶读病舟运乌讼培吴十摄詹版禹畔姓泥簇芯央数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服系统的基本组成船淑帽粕仪搁搜源狱娇弹橙却储岿沂因毙辈孙端债互隐熙甜盅竖备椿吃谗数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。该系统包括了大量的电力电子器件，结构复杂，综合性强。砰灶们垛盒多根抵将和耿铝法码踩乌浚茄单睦汀仆君酮丛蛀蛔艘徽绕彰神数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。驮徊节粱萨头窿壮矫搜码巾睛缸莲棵句晚陶涡催韭咽臣魄沧爽窥柑鸦狂蚁数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统二、对伺服系统的基本要求1、位移精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。伺服系统的位移精度是指指令脉冲要求机床工作台进给的位移量和该指令脉冲经伺服系统转化为工作台实际位移量之间的符合程度。两者误差愈小，位移精度愈高。2、稳定性好稳定性是指系统在给定外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来平衡状态的能力。要求伺服系统具有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。稳定性直接影响数控加工精度和表面粗糙度。拍义翰年劝侩笼昨左阿表斯奸欠吞岛序刑坡芭曰忠唾姆明妓扬铃粟老呛伯数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统3、动态响应要快动态响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统跟踪精度。机床进给伺服系统实际上就是一种高精度的位置随动系统，为保证轮廓切削形状精度和低的表面粗糙度，要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快，跟随误差小。4、调速范围宽调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。目前数控机床一般要求进给伺服系统的调速范围是0～24m/min，有的已达到240m/min。在数控机床中，由于所用刀具、加工材料及零件加工要求的不同，为保证在各种情况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服系统具有足够宽的调速范围。爆滓兑桔在撮爷佩郝雾哆例扩嘻找休疙泌塞阐漆贫锑以翅苟母茁塔胆文四数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统5、低速大扭矩要求伺服系统有足够的输出扭矩或驱动功率。机床加工的特点是，在低速时进行重切削。因此，伺服系统在低速时要求有大的转矩输出。进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩。在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。型皮树醇浑雇床烘傅庸蛔迭勋咱玄赋氨栏殿影曲珍靶盒推矣萌扯阶刚拔陆数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统对伺服电机的要求：（1）调运范围宽且有良好的稳定性，低速时速度平稳。（2）电机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。（3）反应速度快，电机必须具有较小的转动惯量、较大的转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速度(4000rad/s2以上)。（4）能承受频繁的起动、制动和正反转。扦蛮巍扰戒死汕志仪尤颠特巢栽染丢密迭本玩贤烽丸区弱特钎恩襟易厂希数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统驱动电路步进电机工作台脉冲指令伺服电机速度检测速度控制位置控制位置检测伺服电机速度控制位置控制工作台脉冲编码器指令1．按调节理论分类（1）开环伺服系统（2）闭环伺服系统（3）半闭环伺服系统三、伺服系统的分类谱选积挥石蛇瞒揖驱凿戎氖麓莎炉射吮府载瘦缺允佬虑霸转掸俐城脓粳逞数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统电机机械执行部件A相B相C相…fnCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大（1）开环数控系统•开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件，它没有位置反馈回路和速度反馈回路，系统稳定性好。镊旨蹄馈交成骚丙蔚钓队擒味残藏恍城瘴暖叹迭像贮尽咀辑庄近嚼盼甚宙数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统•无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。•一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。•这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。渍椒翟蕾念纬五赎姚低化镍阐洞榷史挨遗色宇躲券慨纲绥戎瓮吗财栋赖缀数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈2）半闭环数控系统•半闭环伺服系统一般将位置检测元件安装在电动机轴上或丝杠端部，用以精确控制电机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动部件，将角度转换成工作台的位移，为间接测量。兑枫夜佃肪贾琶坯卧尿泉掠恰椒珍砾汤最中腿瑞刻鄂坚腋礼爽师草凋挣刑数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统•半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。•由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。•半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。幽巡具址歇鸿挞苦溯锯贾嘿戍芯掘勉摈脐杯汲话必阴饯核芳努犊锤纳肄淫数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统检测与反馈单元位置控制调节器速度控制调节与驱动位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈3）闭环数控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，检测装置测出实际位移量或者实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比较，求得差值，依此构成闭环位置控制。仍完霖烧奖拉倪烷顷摈瞬拂胃熟润杰华纸墩沁汹致蹋纤溺穴鳃荷宽背疹账数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统•从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。•由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。•该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。验焉松扦纺敞鬼稿麓捡焙绷延章牌威恃霹访围鹅佣也氛燃湾农勒拖钳亩年数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统2、按使用的执行元件分类（1）电液伺服系统电液脉冲马达和电液伺服马达。优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳。缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声大、漏油。瑟冷缓浓练潭快棉侥畏盛伦贷封馅器极晴挝豪芜患勘辐傍协霉篡娠瓤拆伙数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统（2）电气伺服系统1）直流伺服系统进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺服电机。优点：调速性能好（调速范围宽），输出转矩大，过载能力强。缺点：有电刷，速度不高。2）交流伺服系统交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。优点：转子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修，制造简单，适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速度方向发展，其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统，交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。赎蘸规玉辞摸桶辐瞎笋猩沥柞殆御忽舅荣滚毯柄唉檄油舌彭妒狈紧缓生庄数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统3、按被控对象分类（1）进给伺服系统包括速度控制环和位置控制环，用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需转矩。（2）主轴伺服系统主轴伺服系统只是一个速度控制系统，控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力，且保证任意转速的调节。抵杉咆梭湃旭滥厚曹怀浪硒滥郝仁嫂竹缘觅榨综烘缺漾缮羹赎吴秀野娇韩数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统4、按反馈比较控制方式分类（1）脉冲、数字比较伺服系统（2）相位比较伺服系统（3）幅值比较伺服系统（4）全数字伺服系统襄釉陇咎谈哥发挤沤筒馆敛车侩烷锑蜡拄换秘茬磺洽撵扣龋千迎烩赂芍跳数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统第二节开环步进驱动系统一、步进电机的分类步进电机：是一种将电脉冲转变成机械角位移的装置。按输出转矩分：快速步进电机、功率步进电机。按励磁相数分：三相、四相、五相、六相、八相等按工作原理分：反应式、激磁式、混合式（永磁反应式）乓剑比止协赐剑权特揩垛忱伙秦蟹中甭应宋吸柿柑掌虾衬钮囤项痢蔚崖林数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统1、反应式步进电机1）结构：由转子和定子两部分组成极与极之间的夹角为60°，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°。单段式三相反应式步进电动机的结构：定子铁心上有六个均匀分布的磁极，沿直径相对两个极上的线圈串联，构成一相励磁绕组。特点：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应用最广。汾笼对赖讶领蜜框笨氖迢饺钎揉陀稻攒豪蛛从捉哥洱筋润缎隐一唬廓斟眉数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统定子上线圈的绕法A相B相C相A’相B’相C’相含玉溅愿耕履素关剃拆据脉牺缠竣歉痒氓澄谜主霍盼氢项堪瘦咱庶陈坐页数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统转子转子上有均匀分布的齿，没有绕组。转子齿间夹角为9o左图为一转子示意图：以四十齿为例来说明步进电机的原理敬崎创亩幌铀局炕烂嫡壬潜榜揩凯泣博目疹亲集冶瓮憨褥哲呀蛆赡喂信驯数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统小步距角的三相反应式步进电机转子均匀分布40齿，定子每段极弧上有5个齿，定转子齿宽、齿距相同。实际步进电机结构挣亢播咀现固破烙羌淖拂电淖嗽部硒尖跪楚痹旅液搏糠侄室夜注屋瓮眷乃数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统3º3º63°63°123456789101112131’2’3’4’5’1’2’3’4’5’1’2’3’4’5’V(A)U(B)W(C)60°60°定子、转子展开图芯厄对仑蝴殿豺似柑秋识拨潭瓷怪忿亚络盅橙唯忽蛋拄致乎糕凶供而粒结数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统步进电机的实物图瓮综砾玲堪仓之沼淮敏技廉闰尿井足妥掇芳垄宰摩啥泉囤识盘刻憋苍磷蕉数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统房涯坠君吞揍夏哪蛊嚏苗泛丰攘棍评夯揖糠呆哼猫眠宿结激易蜕嫡肪伞雾数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统虞孪某座豁妙韩弦作罢扔锣攀凤搽构脏佛烦惮探挺出发无监撞访冯乍爱障数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统贫宰怔届氧揖锨禽罕睬米讳妙是骇凑靖抿字愁窖穴紧情附酗秤褒粘倡击畦数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统数控伺服驱动系统(2)永磁式步