第三节 伺服驱动系统.ppt

第六章数控机床电气控制第三节伺服驱动系统 第三节伺服驱动系统 教学目标 1 掌握直流主轴驱动系统工作原理和工作特点 2 掌握交流主轴驱动系统工作原理和工作特点 3 初步了解常用主轴驱动系统 4 初步了解进给驱动系统工作原理 5 初步了解常用进给驱动系统 6 掌握伺服驱动系统的常见故障分析 教学重点 交流主轴驱动系统工作原理和工作特点 伺服驱动系统的常见故障分析 教学难点 伺服驱动系统的常见故障分析 一 主轴驱动系统 1 直流主轴驱动系统 1 工作原理数控机床直流主轴电动机由于功率较大 且要求正 反转及停止迅速 故驱动装置通常采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统 这样在制动时 除了缩短制动时间外 还能将主轴旋转的机械能转换成电能送回电网 一 主轴驱动系统 主电路 一 主轴驱动系统 控制电路 一 主轴驱动系统 1 直流主轴驱动系统 2 工作特点直流主轴驱动装置双闭环调速系统以速度调节器的输出作为电流调节器的给定信号来控制电动机的电流和转矩 其优点在于 可以根据速度指令的模拟电压信号与实际转速反馈电压的差值及时控制电动机的转矩 以便尽快地使电动机的转速达到给定值 而当转速接近给定值时 又能使电动机的转矩自动地减小 这样可以避免过大的超调 保证转速稳态无静差 当系统受到外界干扰时 电流环能迅速做出抑制干扰的响应 保证系统具有最佳的加速和制动的时间特性 另外 双闭环调速系统以速度调节器的输出作为电流调节器的输入给定值 速度调节器的输出限幅值就限定了电流环中的电流 在电动机起动或制动过程中 电动机转矩和电枢电流急剧增加 使电动机以最大转矩加速 转速直线上升 当电动机的转速达到给定值时 速度调节器的输出从限幅值降下来 作为电流调节器的输入给定值使电枢电流降下来 随之电动机的转矩也将下降 开始减速 当电动机的转速小于负载转矩时 电动机又会加速直到重新回到速度给定值 因此双闭环直流调速系统对主轴的快速起停 保持稳定运行等功能是很重要的 一 主轴驱动系统 2 交流主轴驱动系统随着交流调速技术的发展 目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴电动机配变频器控制的方式 变频器的控制方式从最初的电压空间矢量控制 磁通转迹法 到矢量控制 磁场定向控制 发展至今为直接转矩控制 从而能方便地实现无速度传感器化 脉宽调制 PWM 技术从正弦PWM发展至优化PWM技术和随机PWM技术 功率器件由GTO GTR IGBT发展到智能模块IPM 功能得到进一步完善 一 主轴驱动系统 2 交流主轴驱动系统 1 工作原理 一 主轴驱动系统 2 交流主轴驱动系统 2 组件 控制模块 N1 控制模块 N1 包括两片80186 五片EPROM 完成电网端逆变器的触发脉冲控制 矢量变换计算以及对变频器进行PWM调制 I O模块 U1 I O模块 U1 通过U 变换器为N1组件处理各种I O模拟信号 电源模块 G01 电源模块 G01 和中央控制模块 G02 除供给控制电路所需的各种电源外 在中央控制模块 G02 上还输出各种继电器信号至数控系统进行控制 选件 S1 选件 S1 配置主轴定位电路板或C轴进给控制电路板 通过内装轴端编码器或外装轴端编码器对主轴进行定位或C轴控制 一 主轴驱动系统 2 交流主轴驱动系统 3 工作特点西门子6SC650系列交流主轴驱动系统具备开关速度快 驱动电流小 控制驱动简单 效率高 噪声小 故障率低 有效控制干扰等优点 一 主轴驱动系统 3 常用主轴驱动系统介绍 1 FANUC公司主轴驱动系统 2 SIEMENS公司主轴驱动系统 1 工作原理数控机床进给驱动系统由各坐标轴的进给驱动装置 位置检测装置及机床进给传动链等组成 进给驱动系统的任务就是要完成各坐标轴的位置控制 CNC系统根据输入的程序指令及数据 经插补运算后得到位置控制指令 同时 位置检测装置将实际位置检测信号反馈至CNC系统 构成全闭环或半闭环的位置控制 经位置比较后 数控系统输出速度控制指令至各坐标轴的驱动装置 经速度控制单元伺服驱动电机带动滚珠丝杠传动实现进给运动 二 进给驱动系统 2 常用进给驱动系统介绍 FANUC公司进给驱动系统 SIEMENS公司进给驱动系统 二 进给驱动系统 1 主轴电动机不转2 主轴驱动出现随机和无规律性的波动3 主轴异常噪声及振动4 主轴定位抖动5 进给运动停止 主轴仍继续运转6 转速偏离指令值7 电动机过载 三 伺服驱动系统的常见故障分析 课堂练习 针对伺服驱动系统的常见故障 分析故障产生原因 第三节伺服驱动系统 课堂小结 1 主轴驱动系统直流主轴