数控装备技术进给伺服B2ppt课件

.第1，4章进给伺服系统，第3节直流伺服控制系统，2，4-3直流伺服电动机和速度控制，i. DC伺服电动机1，工作原理，3，4-3直流伺服电动机和速度控制，4，4-3直流伺服电动机和速度控制，2，通用直流电动机永磁直流电动机(槽，无槽，杯，打印绕组)励磁直流电动机无刷直流电动机直流力矩电动机，5，CNC机床中常用的直流伺服电动机这种电动机通常是永磁体。小型惯性直流电动机将电枢的惯性矩降至最低，从而获得最快的响应速度。在早期数控机床中应用较多。6，2)大惯性宽速度直流伺服电动机(直流力矩电动机)转子直径大，线圈绕组灯数增加，力矩大，转动惯量大，在大过载转矩时间内工作，因此无需中间传动就可以直接与螺杆连接。特性：以最低1r/min，甚至0.1r/min的低速度平稳运行。数控机床应用广泛。7，3)无刷直流伺服电动机(无换向器电动机)没有换向器，由同步电动机和逆变器组成，逆变器由安装在转子上的转子位置传感器控制。直流是一种交流调速电动机，调速性能能达到直流伺服发电机水平，整流装置及电刷部件也取消，提高电机寿命。8，4-3直流伺服电动机和速度控制，3，结构，永磁直流伺服电动机结构，9，根据直流电动机速度和转矩的关系，机械特性是电动机的静态特性，稳定运行时驱动载荷的性能，此时电磁转矩等于外部载荷。马达速度和理想速度的差 n反映了马达机械特性的硬度， n越小，机械特性越紧。4，静态特性，10，电磁转矩以： kt转矩常量表示，格式如下：-磁场磁通；Ia-电枢电流；Tm-电磁扭矩。电枢电路的电压平衡方程为： ua电枢的外部电压。Ra-电枢电阻；Ea-电枢反转位。电枢逆转位和速度之间的关系如下：ke-电位常数；-马达速度(角速度)。11，可以根据上述种类获得：n0-电动机理想空载速度，直流电动机基本调速方法有3种：调节电阻Ra调节电枢电压Ua调节磁通值，12，电枢电阻调速不经济，调速范围有限，很少采用。调整电枢电压(电压调节速度调节)时，直流电动机的理想速度只有n0变化的平行线集保持了原来更坚硬的机械特性，电压调节速度主要是伺服馈驱动电动机的速度调节，5，直流伺服电动机的速度调节原理， n值大则不能进行大范围的速度调节。永磁直流伺服电动机的 n值较小，因此进料系统通常使用永磁直流电动机。13，磁通调节(磁速度调节)不仅改变了电机的理想速度，而且直流电动机的机械特性变软，所以磁速度调节主要用于机床主轴电机速度调节。14，4-3直流伺服电动机和速度控制，6，直流伺服电动机速度控制方法(1)晶闸管(晶闸管)速度控制系统通过改变晶闸管触发角度改变伺服电动机外部电压来实现速度控制目的。15，原理：由两个半波整流电路组成的三相整流器。每个部分分为总阴极组(1，3，5)和总阳极组(2，4，6)。为了形成回路，两个组都必须具有晶闸管同步传导装置。1，3，5在正伴奏下传导，2，4，6在唱片周传导。每个组内(即两相)的脉冲相位差为120，每个相位内的两个触发脉冲差为180。按管号顺序，触发脉冲的顺序：1-2-3-4-5-6，相邻之间的相位差60。，16，4-3直流伺服电动机和速度控制，(2)晶体管脉宽调制速度控制系统(PWM)使用脉宽调制器控制大功率晶体管开关放大器的开关时间，将直流电压转换为恒定频率的矩形波电压，添加到直流电动机的转子电路两端，通过矩形波脉宽控制改变转子电路两端的平均电压，实现速度控制脉冲宽度的变化改变了电机电枢的直流电压。17，4-3直流伺服电动机和速度控制，简单的控制电路，不需要添加脱机电路的开关特性。广泛应用于中低功耗直流伺服系统，18，4-3直流伺服电动机和速度控制，19，直流电动机电压的平均：t脉冲周期，Ton传导时间，20，4-3直流伺服电动机和速度控制，PWM调速功能电动机的损耗，噪声小系统的动态特性，响应频率带宽在低速时电流脉动和速度波动很小，正常速度精密大功率管道在开关状态下工作，减少量小，响应速度慢的电源管控制其承受峰值电流的能力。21，7，动态特性直流电动机的动态转矩平衡方程是中心TM-电动机电磁转矩。Tl-转换为电机轴的载荷力矩；-电动机转子角速度；J-马达转子的总惯性矩；t时间参数。22，4-3直流伺服电动机和速度控制，8，直流伺服电动机性能特性1)低速大惯性2)转矩大4)速度风扇，低速运行稳定，转矩波动5)电刷和换向器的最大速度限制，应用环境的限制7)复杂结构，制造困难，高成本，高成本，23，4节交流伺服控制系统，24，直流伺服电动机具有良好的调速性能，因此，在80年代初至90年代间，如果要求高速度调节性能，直流伺服电动机调速系统的应用占主导地位。但是刷和换向器的缺点是容易磨损，保持复杂的结构，制造困难，成本高，交流伺服电动机没有这种缺点。特别是在相同体积下，交流伺服电动机的输出比直流电动机多10%到70%，速度比直流电动机快。因此，正在寻找代替直流电动机调速方式的交流电动机调速方案。25，4-4交流伺服电动机和速度控制，i. AC伺服电动机1，类型，CNC机床中使用的交流电动机一般为三相。分钟：异步和同步交流伺服电动机。从制造所需气隙磁场的磁电势的来源，分为同步交流电动机分支，即电子和电子以外的两类。非磁性磁滞、永磁和反应式。26，永磁同步电动机：优点：结构简单，运行稳定，效率高；缺点：开机特性不好。与直流电动机相比：外形规格、重量、转子惯性与异步交流伺服电动机相比大大减少：高效、紧凑。异步交流伺服电动机(与容量相同的直流电动机相比)的优点：重量轻，价格低；缺点：异步交流伺服电动机在主轴驱动系统中使用，其转速明显影响负载变化，无法经济地实现大范围的平稳速度控制。27，4-4交流伺服电动机和速度控制，2，永磁交流同步伺服电动机结构：电动机由定子、转子和检测元件组成，28，4-4交流伺服电动机和速度控制，3，永磁交流同步伺服电动机工作原理，工作原理，NR=ns=60f1/PNs-同步速度，-转子磁极的轴和定子磁极的角度，NR-转子转速，NR，29，4-4交流伺服电动机和速度控制，2。只能使用同步交流伺服电动机速度1、速度控制方法、频率控制，是有效的方法。变频调速的主要部分是为交流电动机提供变频、变压电源变频器。交流-直-交流变频器分电压和电流类型。电压型首先在电网中将交流适配器转换为直流，然后通过逆变器转换为频率和电压都在变化的交流电压。电流型是用于高功率的方波，转换由方波电流驱动的一系列电流。交流交流电源是没有中间环的交流转换器，交流电源的频率和电压都直接转换到其他交流电源。目前，中小型电机最常用的是电压型AC-DC变换器。30，4-4交流伺服电动机和速度控制，2，正弦脉宽调制(SPWM)可变频率转换器，ur-适配器固定电压不可控制适配器，通常使用六个二级管桥适配器结构将交流变为直流，电压振幅保持不变。给逆变器供电。ui逆变器通常由使用高功率晶体管的6个电源开关设备组成。其控制极(大功率晶体管GTR为基极)输入基准正弦波(从速度指令转换而来)和三角波重叠的SPWM调制波(等宽、不等宽的矩形脉冲波)，使这些大功率晶体管在一定方向上传导、阻挡、一系列功率等级等于正弦交流电的可变频率可变宽度等宽、不等宽的矩形脉冲电压波电源开关设备还可以用作截止晶闸管GTO、电源场效应晶体管MOSFET、绝缘栅极晶体管IGBT等。31，SPWM逆变器的工作原理如下图所示，将正弦半波除以n(n=7)。然后，将每个四分之一正弦曲线和水平轴包围的面积替换为与此面积相同高度的矩形脉冲。矩形脉冲的中点与正弦波的每个等分的中点相匹配。这样，由n个不等宽的矩形脉冲组成的波形就像正弦的伴奏。同样，正弦波的负伴奏也可以用同样的方法对等。32，等宽矩形脉冲序列波，33，使用实际的“调制”方法，将频率比预期波高得多的等边三角波作为载波，将具有相同频率和预期波的正弦波作为调制波，在调制波与载波交叉时，从该交叉点确定逆变开关设备的通过时间，在正弦调制波的伴奏期间，34，单极性控制方法，35，双极控制方式，36，4-4交流伺服电动机和速度控制，3，SPWM的优点，1)主电路简化了结构，仅作为一个可控制的电力链路；2)采用了无法控制的整流器提高电网功率因数。3)变频器同步调频调压，动态响应不受中间链路影响；4)可以获得更接近正弦波的输出电压波形。37，4-4交流伺服电动机和速度控制，4，交流伺服电动机开发，(1)永磁交流同步伺服电动机开发，(1)新型永磁材料应用NdFeB 永磁结构改革永磁交流同步伺服电动机机械部件和集成电动机空心轴永磁交流同步伺服电动机，(2)交流主轴伺服电动机开发输出转换交流主轴电机三角形液体冷却电机内置主轴电机，38，第5节机床进给伺服系统设计，39，4-5进给伺服系统设计，1，进给驱动选择进给系统选择与基于数控机床设计要求的数控设备选择密切相关，机床各轴进给速度、整机加工精度、加工范围、传输方法等直接影响驱动系统的性能。每个生产企业通常提供与CNC设备配对的驱动设备。40，1，选择原则1)实用性：选择是满足整个机器的设计需求，以满足生产需求。2)经济性：在满足加工要求的条件下，选择必须最经济或更合理。3)稳定性、可靠性：长时间无故障工作。4)操作性：a .必须符合该单位的使用和设计习惯。b .如果出现问题，很容易解决。，41、2、选项1。驱动器的控制类型根据加工精度和进给率的要求选取类型。步进电动机用于加工精度不高的机床，分辨率大于0.01mm，最大移动速度小于5m/min。伺服电动机用于分辨率大于0.001mm、加工精度大于10m的机床。2.反馈类型加工精度不高的简单机床通常采用开环控制系统。加工精度高的中型普及型机器一般选择半闭环。只有加工精度要求苛刻的高级机床才能选择完全闭环和混合闭环。42、3。输送系统的分辨率根据机器的加工要求合理选择脉冲当量。步进电动机的步进角度考虑了驱动设备的细分倍数交流伺服驱动器的分辨率受电动机的编码器和驱动设备的控制能力的影响，通常可达到约1/10000r。4.电动机速度选择根据机床设计的最高高速移动速度、传动比和螺杆节距选择电动机的速度。注意：选择时要保留一定数量的馀量。43，5。马达的扭矩选取必须根据负载情况进行。1)负载扭矩必须小于0.2到0.3倍以下马达的最大静态扭矩(步进马达)或额定扭矩(伺服马达)。2)步进电动机的公称值是伺服电动机的1.5到2倍。3)具有刚性攻丝功能的机器和启动/停止频繁的电动机，转矩选择必须稍大。(4)对于金属切削机器，由于不确定性，用类推法和试验法进行了a)类比：比较同级机器的马达容量，以确定马达的容量。b)试验方法：原型进行再切削和连续加工试验，记录温度上升和最大电流值，以确定相应进给电动机的扭矩是否合适。44、6。电动机的惯性矩选择电动机分为大、中、小惯性矩。为了确保加工精度，必须转换到电动机轴的惯性矩小于电动机转子惯性的2倍，如果不能满足，则可以如下处理：a .如果刚性保证允许，则增加传动比或减小螺钉的直径。b .选择大惯性电动机。7.操作电源操作电源必须与机床的电气设备和工作环境相匹配。实验室可以选择单相220V交流电源。工厂车间选择三相交流380V或200V；注：整个系统最好使用相同的电源。8.闸，闸，闸，闸。45，1。选取步进马达，3，计算进给马达的设计，(1)选取步长角度，(2)选