数控装备技术进给伺服B

1、1，4章进给伺服系统，3节直流伺服控制系统，2，4-3直流伺服电动机及速度控制，1 .直流伺服电动机1，动作原理，3，4-3直流伺服电动机及速度控制，4，4-3直流伺服电动机及速度控制这种电动机一般为永久吸铁石式。 小惯性直流电动机将电枢的惯性矩控制在最小限度，可获得最快的响应速率。 在初期的数控机床中应用比较多。 6、2 )大惯性宽度调速直流伺服电动机(直流力矩电动机)的转子直径大，线圈数增加，力矩大，惯性矩大，可在大过载力矩下长时间工作，因此可直接与螺杆连接，不需要中间传动装置。 特点：可实现低转速平稳运行，最低可达1r min甚至0.1rmin。 广泛应用于数控机床。 7、3 )无刷DC

2、伺服电动机(无整流子电动机)没有整流子，由同步电动机和逆变器构成，逆变器由安装在转子上的转子位置传感器控制。 实质上是交流调速电动机，调速性能可以达到直流伺服发电机的水平，并且废除了换流装置和刷部件，提高了电动机的寿命。8、4-3直流伺服电机及速度控制、3、结构、永久吸铁石直流伺服电机的结构、9、直流电机的转速与扭矩的关系是机械特性、机械特性是电机的静态特性，是稳定运行时驱动负载的性能，在这种情况下，电磁转矩与外负载相等。 电动机运行速度与理想转速之差n反映电机机械特性硬度，n越小机械特性越硬。 4、静特性、10、电磁转矩是表示下式： KT扭矩常数的磁场磁通Ia电枢电流TM电磁转矩。 电枢电路

3、的电压平衡方程是向： Ua电枢施加的电压，即Ra电枢电阻Ea电枢反电位。 在电子的逆电位和旋转速度之间，有Ke电位常数和Ke电位常数的关系的电动机运行速度(角速度)。 11、可以通过以上各式求出： n0电机理想无负载转速、直流电机的基本调速方式有3种：调节电阻Ra调节电枢电压Ua调节磁通的值，12、电枢电阻调速由于不经济，调速范围有限，所以不怎么采用。 在调节电枢电压(调压调速)时，直流电动机的机械特性为线面平行，只要改变电动机的理想转速n0，就能够保持原来较硬的机械特性，因此调压调速主要用于伺服进给驱动系统电动机的调速、5、直流伺服电动机的调速原理，n值大则实现大范围的调速由于永久吸铁石式直

4、流伺服电动机的n值小，进给系统经常采用永久吸铁石式直流电动机，13，调节磁通(调磁调速)不仅改变电动机的理想转速，而且为了使直流电动机的机械特性变软，调磁调速主要用于机床主轴电动机的调速。14、4-3直流伺服电机及速度控制、6、直流伺服电机的速度控制方式(1)晶体闸流管(晶体闸流管)调速系统通过改变晶体闸流管的触发角，从而改变伺服电机的外加电压，达到调速目的。15、原理：三相整流器由两个半波整流电路构成。 各部分内分为共阴极组(1、3、5 )和共阳极组(2、4、6 )。 为了构成电路，这些个两组中各有一个晶体闸流管必须与云同步导通。 1、3、5在正半周导通，2、4、6在负半周导通。 各组内(即

5、两相间)的触发脉冲相位各不同120，各相中的两个触发脉冲各不同180。 按管号顺序排列，触发脉冲的顺序：1-2-3-4-5-6、相邻间相位差60。、16、4-3直流伺服电动机及速度控制，(2)晶体管调光控制模块调速系统(PWM )通过调光控制模块器控制大功率晶体管开关放大器的开关时间，将直流电压转换为某频率的矩形波电压，并对直流电动机的转子电路两端施加，通过矩形波脉冲宽度的控制、17、4-3直流伺服电机及速度控制、控制电路简单，无需附加断开电路，开关特性良好。 广泛应用于中小功率直流伺服系统、18、4-3直流伺服电机及速度控制、19、直流电机电压的平均值：t脉冲周期、Ton导通时间、20、4-

6、3直流伺服电机及速度控制、PWM调速的特征电机的损耗、速度控制中， 动态特性直流电机的动扭矩平衡方程换算为式中TM电机电磁转矩的TL电机轴上的负载扭矩，电机转子角速度j电机转子上的总惯性矩t时间参数。 22，4-3直流伺服电动机及速度控制，8，直流伺服电动机的性能特征1 )低旋转大惯性量2 )转矩大3 )起动转矩大4 )低速运转稳定，转矩变动小5 )其电刷和换向器容易磨损6 )电动机最高旋转速度的限制，应用环境的限制24，直流伺服电动机80年代初至90年代，在调速性能要求高的情况下，直流伺服电动机调速系统的应用一直占主导地位。 但是，电刷和换向器容易磨损，维护麻烦的结构复杂，制造困难，成本高，

7、交流伺服电动机也有没有上述缺点的固有缺点。 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提高10p%，而且能够达到的转速比直流电动机高。 因此，要求交流电机的调速方案代替直流电机的调速。25、4-4交流伺服电动机及速度控制、1 .交流伺服电动机1、种类、适用于数控机床的交流电动机一般为三相。 分：异步型和同步型交流伺服电机。 同步型交流机从产生必要的空气隙磁场的磁通势源分为电磁式和非电磁式两种。 非电磁式有迟滞现象式、永久吸铁石式、反应式多种。26、永久吸铁石式同步电机：优点：结构简单，运行可靠，效率高的缺点：启动特性差。 直流电机比：与外形尺寸、重量、转子惯量大幅减少的异步交流伺服电

8、机相比，效率高、体积小。 异步型交流伺服电机(与同容量的直流电机相比)的优点：重量轻、价格便宜，缺点：转速受负载变化的影响很大，不能经济地实现大范围的平滑调速，因此异步型交流伺服电机用于主轴驱动系统。27、4-4交流伺服电机及速度控制、2、永久吸铁石交流同步伺服电机的结构、结构：电机由定子、转子和检测元件组成，28、4-4交流伺服电机及速度控制、3、永久吸铁石交流同步伺服电机的工作原理、工作原理、nrns60 f1交流电源频率(定子供给p定子和转子的极对数、29、4-4交流伺服电动机和速度控制、2、同步交流伺服电动机的调速1、调速方法由式可知，只能用逆变器进行调速，是有效的方法。 作为变频调速

9、的主要环节，向交流电动机供给变频器、变压电源的变频器分为正交变频器分电压型和电流型。 电压型通过整流器将电力网的交流电力转换为直流，通过逆变器将频率和电压两者转换为可变的交流电压。电流类型切换一系列的方波，提供方波电流，用于大功率。 交直流变换器该逆变器没有中间段阶，直接将输电网的交流电力变换为频率和电压可变的交流电力。 目前，中小功率电动机使用最多的是电压型交直流变换器。30、4-4交流伺服电机和速度控制、2、正弦波调光控制模块(SPWM )变压逆变器、UR整流器固定不可控整流器、常采用6个二级管桥式整流器结构将交流变为直流，电压幅度不变。 向变频器供给电力。 UI逆变器由6个电源开关解老虎

10、钳构成，大多采用大大功率晶体管。 其特罗尔极(大功率晶体管电力晶体管为基极)输入基准正弦波(从速度指令转换)与三角波多重日式榻榻米的SPWM调制波(等宽、不等宽的矩形脉冲波)，按照一定规则使这些个的大功率晶体管导通、截止，在一系列功率电平为正弦交流的可变频率电压的等宽， 宽度不等的功率开关解老虎钳也可以采用可关断的晶体闸流管GTO、功率增强型场效应晶体管MOSFET、绝缘男同性恋晶体管IGBT等。 31、SPWM逆变器的工作原理如下图(N7)所示，对正弦半波分量进行n等分，然后将等分后的正弦曲线和横轴所包围的面积置换为与该面积相等的高矩形脉冲，矩形脉冲的中点与对正弦波进行等分的中点重叠。 这样

11、，由n个等宽且不均匀的矩形脉冲构成的波形与正弦的半周等价。 类似地，正弦波的负半周也通过相同的方法等效。 32、与正弦波等效的等宽矩形脉冲序列波，33、实际上采用“调制”的方法，将频率远远高于期望波的等腰三角波作为载波，将频率和期望波相同的正弦波作为调制波，34、单极性控制方式、35、双极性控制4-4交流伺服电机及速度控制，3，SPWM的优点，1 )主电路只有一个可控制的功率网络链接，构成简单；2 )采用不可控制整流器，提高了电力网功率因数；3 )逆变器对云同步进行调频调谐，动力响应不受中间环节影响；4 )得到接近正弦波的输出电压波形、37、4-4交流伺服电机及速度控制、4、交流伺服电机的发展

12、、(1)永久吸铁石交流同步伺服电机的发展新硬磁材料的应用钕铁元素硼永久吸铁石的结构改革内置永久吸铁石交流同步伺服电机与工作母机零配件一体化的电机空心轴永久吸铁石交流同步伺服电机(2) 交流主轴伺服电动机的发展输出变换型交流主轴电动机三角星形切换液冷电动机内置式主轴电动机，38，第5节工作母机进给伺服系统设定改正，39，4-5进给伺服系统设定改正，一、进给驱动装置的选定进给系统的选定根据数控机床的设定改正要求，与NC装置的选定有密切的关系，工作母机的各轴的进给率、 40、1、选型原则1 )实用性：选型的目的是满足机械整体的设定修订需求，满足生产要求。 2 )经济性：在满足加工要求的条件下，选择应

13、当最经济或合理。 3 )稳定可靠性：长时间无故障的工作。 4 )操作性： a .满足本公司的使用和设定修改的习惯b .发生故障时容易进行故障排除。41、二、选型内容1 .驱动装置的控制类型根据加工精度和进给率的要求选择类型：步进大头针电动机用于不要求加工精度的工作母机，极限分辨率在0.01mm以上，最高快速进给率在5m/min以下。 伺服电机用于要求加工精度的工作母机，极限分辨率为0.001mm以上，最高快速进给率为10m以上。 2 .如不要求种子文件背型加工精度的简易工作母机那样使用开环系统系统。 像要求加工精度的中速普遍性工作母机一样，选择半闭环。 要求加工精度的高级工作母机选择全闭环和混

14、合闭环。 42、3、进给系统的极限分辨率按照工作母机的加工要求合理地选择其脉冲当量。 考虑到驱动装置的细分倍数交流伺服驱动装置的极限分辨率，步进电动机的步进角受到电动机的编码器和驱动装置的控制功能的影响，一般达到1/10000r左右。 4 .电滚子转速选择根据工作母机设置的最高快速进给率、传动比和螺距来选择电滚子转速。 注意：选择时请留下一定的余量。 43、5 .马达扭矩的选择根据负载的状况来选择，1 )考虑负载扭矩小于0.20.3倍的马达的最大静态扭矩(步进马达)或小于额定扭矩(伺服马达)。 2 )所选步进电机的公称值是伺服电机的1.52倍。 3 )在具有刚性接触大头针功能的工作母机和频繁开闭停止的马达上，扭矩选择稍大。 4 )对于金属切削工作母机，由于不确定因素多，通过类比法和实验法确定a )类比法：比较同类工作母机的电滚子容量，确定电滚子的容量。 b )实验法：对试验机进行重切削和连续加工试验，记录其温度上升和最大电流值，判断该进给电动机的扭矩是否适当。 44、6 .电滚子惯性量选择电滚子有大、中、小惯性量。 为了保证加工精度，要求换算成电动机轴负荷的惯性矩在电动机转子惯性矩的2倍以下，不能满脚丫子时，a .在保证刚性允许的条件下，增加齿轮比或减小丝杠的直径。 b .选择惯性大的电机。 7 .工作电源的工作电源应符合工作母机