数控技术6-进给伺服系统.ppt

数控技术 第四章 进给伺服系统 内容提要 本章将详细讨论进给伺服系统的软件硬件结构；进给伺服系统基本功能的原理及实现方法。 第四章 进给伺服系统 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。 第一节 概述 、进给伺服系统的定义及组成 . 定义： 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。 一、进给伺服系统的定义及组成 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。 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内) 调速范围： 一般要求： 稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 2、输出位置精度要高 静态：定位精度和重复定位精度要高，即定位误差和重复定位误差要小。(尺寸精度) 动态：跟随精度，这是动态性能指标，用跟随误差表示。 (轮廓精度) 灵敏度要高，有足够高的分辩率。 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 负载特性要硬 在系统负载范围内， 当负载变化时，输出速度应基本不变。即△F尽可能小； 当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振荡。即△t尽可能短； 应有足够的过载能力。 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 响应速度快且无超调 这是对伺服系统动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的建立时间 tp 应尽可能短。 通常要求 0→Fmax（Fmax→0）的响应时间应小于200ms，且不能有超调，否则对机械部件不利，有害于加工质量。 二、NC机床对数控进给伺服系统的要求 能可逆运行和频繁灵活启停。 系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。 综上所述： 对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面； 对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。 第三节 进给伺服驱动系统 、概述 进给伺服驱动系统：由进给伺服系统中的电机及其控制和驱动单元 组成。 电机：进给系统的动力部件，它提供执行部件运动所需的动力，在数控机床上目前常用的电机有： 步进电机 直流伺服电机 交流伺服电机 直线电机。 第三节 进给伺服驱动系统 伺服单元：电机的控制和驱动单元，通常驱动电机与伺服单元是相互配套供应的，其性能参数进行了相互匹配，这样才能获得高性能的系统指标。 伺服单元主要作用：接受来自CNC单元的位置（速度、电流）指令信号，对其进行适当的调节运算，将其变换成电机转速的控制量(频率，电压等)，再经功率放大部件将其变换成电机的驱动电量，使驱动电机按要求运行。简言之：调节、变换、功放。 进给驱动系统的特点（与主运动系统比较）： 功率相对较小； 控制精度要求高； 控制性能要求高，尤其是动态性能。 、步进电机及其驱动装置 步进电机流行于70年代，其结构简单、控制容易、维修方面，且控制为全数字化。随着计算机技术的发展，除功率驱动电路外，其它部分均可由软件实现，从而进一步简化结构，降低价格，因此，这类系统目前仍有相当的市场。 目前步进电机仅用于小容量、低速、精度要不高的场合，如经济型数控；打印机、绘图机等计算机的外部设备。 、直流伺服电机及驱动 直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小正比于电机中的气隙磁场，直流电机的励磁绕组所建立的磁场是电机的主磁场，按对励磁绕组的励磁方式不同，直流电机可分为： 他激式、并激式、串激式、复激式、永磁式。 20世纪80~90年代中期，永磁式直流伺服电机在NC机床中广泛采用。 、直流伺服电机及驱动 如图，电机转子上的电枢绕组在定子磁场中，受到电磁转矩M 的作用，使电机转子旋转。电磁转矩 M=KTIa KT——电机的转矩系数=CMФ； Ia——电机电枢电流。 电枢转动后，导体切割磁力线而产生反电势 Ea=Ken Ke——电机的转矩系数=CeФ n——电枢的转速（r/min）。 调节电机转速的三种方法 改变电枢电压U； 改变磁通量Φ，即改变ke的值。改变激磁回路的电阻Rj以改变激磁电流Ij，可以达到改变磁通量Φ的目的； 在电枢回路中串联调节电阻Ri 调节Rj，虽然容易控制，但激磁回路的电感大，调速的快速性较差，且串接Rj只能使激磁电流Ij减小，转