数控编程第三十四讲

数控编程第三十四讲1第1页，课件共47页，创作于2023年2月三、伺服控制系统分类1、按控制方式分类位置控制系统可分为开环、半闭环和闭环三种。开环控制不需要位置检测及反馈，半闭环、闭环控制需要位置检测及反馈。2第2页，课件共47页，创作于2023年2月1）开环系统3第3页，课件共47页，创作于2023年2月如图为开环伺服系统，它由步进电机及其驱动线路等组成。其功能是每输入一个指令脉冲，步进电机就旋转一定角度，步进电机的旋转速度取决于指令脉冲的频率、转角的大小有指令脉冲数所决定。由于系统中没有位置检测器及反馈线路，因此，开环系统的精度较差，但由于结构简单，易于调整，在精度不太高的场合中较广泛的应用。4第4页，课件共47页，创作于2023年2月如图是典型的闭环伺服系统，它由伺服电机、检测器、比较线路、伺服放大线路等部分组成。2）闭环系统5第5页，课件共47页，创作于2023年2月它根据来自检测器的反馈信号与指令信号比较的结果来进行速度和位置的控制。对大部份数控机床来说，其检测反馈是从伺服电机轴或滚珠丝杠上取得的。对高精度或大型机床，才直接从安装在工作台等移动部件上的检测器中取得反馈信号。为区别两者起见，把前者称之为半闭环系统。6第6页，课件共47页，创作于2023年2月直接测量工作台等移动部件的位移从而建立反馈控制当然最好，但这种测量装置的价格较高，安装及调整都比较复杂且不易保养；相比之下半闭环系统中的测量转角就比较容易，但其补偿精度比闭环系统差，但系统简单而且调整方便，现在已广泛地应用在数控机床上。7第7页，课件共47页，创作于2023年2月2、按所驱动的伺服电动机分类（1）步进电动机伺服控制（2）直流伺服系统采用直流伺服驱动器将交流电转变为可控制的直流电驱动直流伺服电动机。直流伺服驱动器所采用晶闸管(SCR)调速系统和晶体管脉宽调制(PWM)调速系统。（3）交流伺服系统采用改变交流伺服电动机的供电频率的方法来达到电动机调速的目的8第8页，课件共47页，创作于2023年2月3、按进给驱动和主轴驱动分类（1）进给伺服系统是指一般意义的伺服系统，包括速度控制和位置控制。进给伺服系统要完成坐标轴的定位和轮廓跟踪功能，是数控机床中要求最高的伺服系统。（2）主轴伺服系统一般只是一个速度控制系统，主要实现追大洲无级调速和满足功率与扭矩的输出。对其精度和快速响应要求也没有进给伺服系统高。9第9页，课件共47页，创作于2023年2月作业：P314思考题1、3、4、510第10页，课件共47页，创作于2023年2月第六章数控机床的伺服系统第一节概述第二节进给驱动第三节主轴驱动第四节检测元件第五节位置控制系统11第11页，课件共47页，创作于2023年2月第六章第二节进给驱动一、直流伺服电动机速度控制单元二、交流伺服电动机速度控制单元12第12页，课件共47页，创作于2023年2月一、直流伺服电动机速度控制单元1、直流电动机的调速方法与性能（1）永磁直流伺服电动机的工作原理与性能13第13页，课件共47页，创作于2023年2月（2）直流电动机的调速方法与性能。14第14页，课件共47页，创作于2023年2月2、晶闸管直流调速系统（1）系统的组成（2）主回路工作原理15第15页，课件共47页，创作于2023年2月（3）晶闸管速度控制单元。16第16页，课件共47页，创作于2023年2月3、PWM直流调速（1）晶体管脉宽调制原理17第17页，课件共47页，创作于2023年2月（2）PWM直流调速的特性及原理。18第18页，课件共47页，创作于2023年2月（3）常用的PWM直流调速系统。19第19页，课件共47页，创作于2023年2月二、交流伺服电动机速度控制单元1、交流伺服电动机的结构与性能（1）交流伺服电动机的结构特点20第20页，课件共47页，创作于2023年2月（2）永磁式同步交流伺服电动机的工作原理和性能。21第21页，课件共47页，创作于2023年2月2、永磁同步交流伺服电动机调速系统（1）PWM变频器22第22页，课件共47页，创作于2023年2月（2）PWM变频调速原理。23第23页，课件共47页，创作于2023年2月3、全数字交流伺服系统（1）全数字交流伺服系统机器最新发现。24第24页，课件共47页，创作于2023年2月（2）全数字式SPWM变频器。25第25页，课件共47页，创作于2023年2月。4、永磁交流伺服电动机中的传感器26第26页，课件共47页，创作于2023年2月作业：P314思考题1、3、4、527第27页，课件共47页，创作于2023年2月第六章数控机床的伺服系统第一节概述第二节进给驱动第三节主轴驱动第四节检测元件第五节位置控制系统28第28页，课件共47页，创作于2023年2月第六章第三节主轴驱动一、对主轴驱动的要求二、直流主轴驱动系统三、交流主轴控制系统29第29页，课件共47页，创作于2023年2月一、对主轴驱动的要求机床主传动主要是旋转运动，无需丝杠或其他直线运动装置。1、对功率的要求要求主转动电动机应有2.2-250KW的功率范围，既要能输出大的功率，又要求主轴结构简单。2、宽调速范围数控机床要求主驱动系统在1:100-1000范围内进行恒转矩和1:10的恒功率调速，30第30页，课件共47页，创作于2023年2月3、定位功能要求主轴能与进给驱动实行同步控制；在加工中心上为了自动换刀还要求主轴能进行高精度的准停控制；为了保证端面加工的表面质量，要求主轴具有恒线速度表面切削功能；有的数控机床要求具有较大分度控制功能。现在国际上新生产的数控机床绝大多数采用交流主轴驱动系统。31第31页，课件共47页，创作于2023年2月二、直流主轴驱动系统1、电动机结构与性能。32第32页，课件共47页，创作于2023年2月2、直流速度控制单元。33第33页，课件共47页，创作于2023年2月三、交流主轴控制单元1、交流主轴电动机结构与性能。34第34页，课件共47页，创作于2023年2月2、交流电动机的调速。35第35页，课件共47页，创作于2023年2月3、感应式异步电动机的矢量控制。36第36页，课件共47页，创作于2023年2月作业：P314思考题1、3、4、537第37页，课件共47页，创作于2023年2月第六章数控机床的伺服系统第一节概述第二节进给驱动第三节主轴驱动第四节检测元件第五节位置控制系统38第38页，课件共47页，创作于2023年2月第六章第四节检测元件一、概述二、光电盘与编码盘三、光栅测量装置四、感应同步器测量装置五、磁尺测量装置39第39页，课件共47页，创作于2023年2月一、概述伺服驱动元件中，步进电机、电液脉冲马达能够按数控装置发出的指令脉冲进行工作，在一般情况下不会失步，不需要位置检测，它们常用于开环系统。在闭环系统中，常用各种直流电机以至于交流电机作为驱动元件，这就必须要有检测装置。把位移测量信号作为反馈信号，并将信号转换成数字，送回计算机，和指令脉冲进行比较并控制驱动元件正确运转，所以测量装置是保证数控机床精度的关键。40第40页，课件共47页，创作于2023年2月数控机床对位置测量装置的要求是：（1）工作可靠；（2）使用维护方便；（3）满足速度和精度要求，（4）成本低。

41第41页，课件共47页，创作于2023年2月由于工作条件和测量要求的不同，在数控机床上有不同的测量方式。1．增量式测量和绝对式测量增量式测量的特点是：只测位移增量，如果测量单位为0.01毫米，则每移动0.01毫米就发出一个测量信号。其优点是测量装置比较简单，任何一个对中点都可作为测量起点，在轮廓控制数控机床上大都采用这种测量方式，典型的检测元件如感应同步器、光栅等。42第42页，课件共47页，创作于2023年2月但在增量式测量系统中，移距是靠对测量信号计数读出的，一旦计数有误，此后的测量结果全错了。再有在发生某种故障时（断电、断刀等），事故排除后，不能再找到事故前的正确位置，这是由于这种测量没有一个特定的标志，这时必须将工作台移至起始点重新计数才能找到事故前的正确位置，这就是增量测量方式的缺点。绝对值测量方式从原则上讲可以避免上述缺点，它的被测量的任一点的位置都由一个固定的零点算起，每一被测点都有一个相应的测量值，43第43页，课件共47页，创作于2023年2月典型的如数码盘，对应码盘的每一个角位有一组二进位数。显然分辨率要求愈高，所须二进位数也愈多，结构也愈复杂。2．数字式测量和模拟式测量数字式测量是将被测量用测量单位量化后以数字形式表示。以直线测量为例，只要测量单位足够小（例0.01毫米或更小），就可以将被测距离比较准确的数量化。44第44页，课件共47页，创作于2023年2月测量信号一般是电脉冲，可以把它直接送数控装置进行比较处理等。其典型的测量装置如光栅位移测量装置。数字式测量的特点是：1）被测量量化后转换成脉冲个数，便于显示和处理；2）测量精度取决于测量单位，和量程基本无关（当然也有累积误差问题）；3）测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力较强。45第45页，课件共47页，创作于2023年2月模拟式测量是将被测量用连续的变量来表示，如用相位变化，电压变化来表示。在大量程内作精确的模拟测量在技术上有较高要求，在数控机床上模拟式测量主要用于小量程的测量，例如感应同步器的一个线距内信号相位变化等。模拟式测量的特点是:1）直接测量被测量，无须量化；2）在小量程内可以实现高精度测量。46第46页，课件共47页，创作于2023年2月