进给伺服驱动系统
第六章进给伺服系统
二、步进电机的主要性能指标 1. 步距角和步距误差 每输入一个脉冲电信号,步进电机转子转过的角度成为步距 角。 步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿数的 360 关系如下: = KmZ (6-1) 式中 —步进电机的步距角; m—电机相数; Z—转子齿数; K—系数,相邻两次通电相数相同,K=1; 相邻两次通电相数不同,K=2。 同 一 相 数 的 步 进 电 机 可 有 两 种 步 距 角 , 通 常 为 1.2/0.6 、 1.5/0.75 、 1.8/0.9 、 3/1.5 度等。步距误差是指步进电机运行 时,转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。步 距误差直接影响执行部件的定位精度及步进电机的动态特 性。大小由制造精度、齿槽的分布及定子和转子间气隙不 均匀等因素造成。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或线位移 的一种机电式数模转换器。在结构上分为定子和 转子两部分,现以图6-5所示的反应式三相步进电 机为例加以说明。定子上有六个磁极,每个磁极 上绕有励磁绕组,每相对的两个磁极组成一相, 分成A、B、C三相。转子无绕组,它是由带齿的铁 心做成的。步进电机是按电磁吸引的原理进行工 作的。当定子绕组按顺序轮流通电时,A、B、C三 对磁极就依次产生磁场,并每次对转子的某一对 齿产生电磁引力,将其吸引过来,而使转子一步 步转动。每当转子某一对齿的中心线与定子磁极 中心线对齐时,磁阻最小,转矩为零。如果控制 线路不停地按一定方向切换定子绕组各相电流, 转子便按一定方向不停地转动。步进电机每次转 过的角度称为步距角。
进给伺服系统的作用:接受数控装置发出 的进给速度和位移指令信号,由伺服驱动装置 作一定的转换和放大后,经伺服电机(直流、 交流伺服电机、功率步进电机等)和机械传动 机构,驱动机床的工作台等执行部件实现工作 进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统与一般机床的进给系 统有着本质的区别:能根据指令信号精确地控 制执行部件的运动速度与位置,以及几个执行 部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。如果 把数控装置比作数控机床的“大脑”,是发布 “命令”的指挥机构,那么伺服系统就是数控 机床的“四肢”,是执行“命令”的机构,它 是一个不折不扣的跟随者。
第五章 数控机床的伺服驱动系统
(7)惯性匹配 移动部件加速和降速时都有较大的惯量,由于要求系统
的快速响应性能好,因而电动机的惯量要与移动部件的惯量 匹配。通常要求电动机的惯量不小于移动部件惯量。
数控机床的伺服驱动系统
5.2 位置控制
D/A 转换器
伺服放大器
伺服 电动机
Pf 反馈脉冲
位置检测
脉冲处理
图 5-2 脉冲比较伺服系统结构框图
工作台
光栅或光 电编码器
数控机床的伺服驱动系统
(1) 由计算机数控制装置提供指令的脉冲。 (2) 反映机床工作台实际位置的位置检测器。 (3) 完成指令信号与反馈信号相比较的比较器。 (4) 将比较器输出数字信号转变成伺服电动机模拟控制 信号的数/模转换器。 (5) 执行元件(伺服电动机)。
数控机床的伺服驱动系统
(1)指令脉冲PC=0,这时反馈脉冲Pf=0,则Pe=0,则伺
服电动机的速度给定为零,工作台继续保持静止不动。
(2)现有正向指令PC+=2,可逆计数器加2,在工作台尚 未移动之前,反馈脉冲Pf+=0,可逆计数器输出Pe=Pc+-Pf+=2
-0=2,经转换,速度指令为正,伺服电动机正转,工作台 正向进给。
CP A9 ≥1
CP
RC
+Vcc B
A A10 RD Q +Vcc
A3
DS
A4
Q CP
≥1
A7
DS
CPQ
A8 ≥1
RC
+Vcc BQ
A A11 RD +Vcc
D Q7 A12
数控技术 第七章 数控机床的进给伺服系统
三 步进电动机的基本控制方法
(2) 双电压功率放大电路 优点:功耗低,改善了脉冲 优点:功耗低, 前沿。 前沿。 缺点:高低压衔接处电流波 缺点: 形呈凹形, 形呈凹形,使步进电机 输出转矩降低, 输出转矩降低,适用于 大功率和高频工作的步 进电机。 进电机。
三 步进电动机的基本控制方法
(3) 斩波恒流功放电路 优点: 优点:1)R3较小(小 R3较小( 较小 于兆欧) 于兆欧)使整个 系统功耗下降, 系统功耗下降, 效率提高。 效率提高。 2)主回路不串 电阻, 电阻,电流上升 快,即反应快。 即反应快。 3)由于取样绕 组的反馈作用, 组的反馈作用, 绕组电流可以恒定在确定的数值上, 绕组电流可以恒定在确定的数值上,从而保证在很大频率范 围内,步进电机能输出恒定的转矩。 围内,步进电机能输出恒定的转矩。
二 数控机床对伺服系统的基本要求
1 高精度 一般要求定位精度为0.01~0.001mm; ; 一般要求定位精度为 高档设备的定位精度要求达到0.1um以上。 以上。 高档设备的定位精度要求达到 以上 2 快速响应 3 调速范围宽 调速范围指的是 max/nmin 。 调速范围宽:调速范围指的是 调速范围指的是:n 进给伺服系统:一般要求 进给伺服系统 一般要求0~30m/min,有的已达到 一般要求 ,有的已达到240m/min 主轴伺服系统:要求 主轴伺服系统 要求1:100~1:1000恒转矩调速 要求 恒转矩调速 1:10以上的恒功率调速 以上的恒功率调速
一 直流伺服电动机调速原理
7-30 直流电动机的机械特性
二 直流电动机的PWM调速原理 直流电动机的 调速原理
7-24 脉宽调制示意图 脉宽调制示意图
Ud =
τ
T
U = δ T U δ T 称为导通率
伺服驱动系统的连接与调试
• • • • • • • 重点: 1、步进电动机及驱动电路及线路连接 2、交流电动机伺服系统 3、直流伺服电动机 4、进给驱动装置的连接与调试 难点: 进给驱动装置的连接与调试
情境3:伺服驱动系统的连接与调试 情境 :
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。
t
NC机床对数控进给伺服系统的要求 机床对数控进给伺服系统的要求
⒌ 能可逆运行和频繁灵活启停。 ⒍ 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,对于高精度的数控机床,对动态性能的要求要更严一些。
进给伺服驱动系统是指进给伺服系统中的 驱动电机及 进给伺服驱动系统
位置控制单元 CNC 插补 指令 + 位置控制调节 器 速度控制单元 +
-
速度控制 调节与驱动
机械执行部件
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈 检测与反馈单 元
电机
NC机床对数控进给伺服系统的要求 机床对数控进给伺服系统的要求
1.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:
情境3 情境3:伺服驱动系统的连接与调试 概述
一进给伺服系统的定义及组成 进给伺服系统的定义及组成
1 . 定义: 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动 部件的位置 速度 位置和速度 位置 速度作为控制量的自动控制系统。
ห้องสมุดไป่ตู้
进给伺服系统
稳定性 精度高 快速响应性 调速范围 低速大转矩输出
进给伺服系统的性能主要取决于组成系统的机电两 部分的匹配,即机电参数配合的协调性。 部分的匹配,即机电参数配合的协调性。
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三、进给伺服系统的控制方式
1开环控制 开环控制
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光源
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光电脉冲编码器的应用 光电脉冲编码器在数控机床上, 光电脉冲编码器在数控机床上,用在数字比较 伺服系统中,作为位置检测装置。 伺服系统中 , 作为位置检测装置 。 光电脉冲编 码器将位置检测信号反馈给CNC装置有几种方 码器将位置检测信号反馈给 装置有几种方 式: 一是适应带加减计数要求的可逆计数器, 一是适应带加减计数要求的可逆计数器,形成 加计数脉冲和减计数脉冲。 加计数脉冲和减计数脉冲。 二是适应有计数控制端和方向控制端的计数器, 二是适应有计数控制端和方向控制端的计数器, 形成正走、反走计数脉冲和方向控制电平。 形成正走、反走计数脉冲和方向控制电平。
7
6
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2.光电脉冲编码器的工作原理 A、B信号为具有 ° 信号为具有90° 、 信号为具有 两个光电元件 错开90° 错开 A相比 相导前90°。若A相导 相比B相导前 相位差的正弦波, °相位 ° 相导 光敏元件 相比 相导前 相位差的正弦波,这 透镜 透光狭缝 码盘基片 光欄板 组信号经放大器放大 角安装。 相时为正方向旋转, 角安装。当圆 前B相时为正方向旋转,则B 相时为正方向旋转 与整形, 盘旋转一个节 与整形,得下图所示 相导前A相时就是负方向旋转 相时就是负方向旋转。 相导前 相时就是负方向旋转。 的输出方波 距时, 距时 利用A相与 相与B相的相应关系可 利用 相与 相的相应关系可 ,在光源 照射下, 照射下,就在 以判别编码器的旋转方向 z b a 节距τ 光电元件上得 m+τ/4 信号处理装置 到一个光电波 形输出 Z Z B B A A
第4章 进给伺服系统
4.1 概述
• 4.1.1 基本定义 • 4.1.2 伺服系统的基本要求 • 4.1.3 分类
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4.1.1 基本定义
• 伺服系统
– 根据数控装置给出的指令控制工作台的速度 、位移或主轴转速的控制系统。
• 分类:
– 进给伺服系统 – 主轴伺服系统
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4.2 步进电机及其调速
• 步进电机的结构与工作原理 • 步进电机的特征参数 • 步进电机开环进给的传动计算及电机选
用 • 步进电机的驱动
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步进电机的结构与工作原理
• 步进电机控制原理:
– 电脉冲信号→角位移 – 脉冲数→位移 – 脉冲频率→转速
• 缺点:
– 容易失步(大负载和高速情况下)
• 位移精度取决:
– 步进电机的角位移精度 – 齿轮丝杠等传动元件的导程或节矩精度 – 系统的摩擦阻尼特性
• 性能
– 定位精度:±0.02mm,±0.01mm – 速度:脉冲当量为0.01mm时,不超过5m/min
• 特点:
– 结构简单,用于精度要求不高的机床
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闭环和半闭环进给伺服系统
转矩——频率特性
• 负载转矩越大,工作频 率越低,符合加工实际 需求
• 在步进电机运行时,对 应于某一频率,只有当 负载转矩小于它在该频 率时的最大动态转矩, 电机才能正常运转
• 应根据负载要求参照高 频输出转矩来选用步进 电机的规格
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步进电机开环进给的传动计算及电机选用 • 传动计算
– 硬件、软件
• 功率放大器
– 功率放大,脉冲电流 1~10A,每一相绕组 都有一套
第三节 伺服进给系统
第三节伺服进给系统数控机床的进给系统又称“伺服进给系统”。
所谓“伺服”,即,可以严格按照控制信号完成相应的动作。
在数控机床的结构中,简化最多的就是进给系统。
所有数控机床的(做直线运动的)伺服进给系统,基本形式都是一样的。
一、传统机床进给系统的特点1.进给运动速度低、消耗功率少进给运动的速度一般较低,因而常采用大降速比的传动机构,如丝杠螺母、蜗杆蜗轮等。
这些机构的传动效率虽低,但因进给功率小,相对功率损失很小。
2.进给运动数目多不同的机床对进给运动的种类和数量要求也不同。
例如:立式钻床只要求一个进给运动;卧式车床为两个(纵、横向);而卧式铣镗床则有五个进给运动。
进给运动越多,相应的各种机构(如变速与换向、运动转换以及操纵等机构)也就越多,结构就更为复杂。
3.恒转矩传动进给运动的载荷特点与主运动不同。
当进给量较大时,常采用较小的背吃刀量;当进给量较小时,则选用较大的背吃刀量。
所以,在采用各种不同进给量的情况下,其切削分力大致相同,即都有可能达到最大进给力。
因此,进给传动系统最后输出轴的最大转矩可近似地认为相等。
这就是进给传动恒转矩工作的特点。
4.进给传动系统的传动精度进给传动链从首端到末端,有很多齿轮等进行传递,每个传动件的误差都将乘以其后的传动比并最终影响末端件输出,输出端的总误差是中间各传动件误差的累积(均方根)。
因为进给传动链总趋势是降速,所以远离末端件的传动件误差影响较小,而越靠近末端件的传动件误差,对总的传动精度的影响越大。
因此把越靠近末端件的传动比取得越小(相当于“前慢后快”原则),对减小其前面各传动件的误差影响越大。
这就是“传动比递降原则”。
应该注意:传统机床仅在“内联系传动链”中需要考虑传动精度。
二、提高传动精度的措施:①缩短传动链减少传动件数目,以减少误差的来源。
(即累积误差减少)②合理分配各传动副的传动比尽可能采用传动比递降原则;尽量采用大降速比的末端传动副,如:输出为回转运动用蜗杆蜗轮副,输出为直线运动用丝杠螺母副。
数控技术6-进给伺服系统
重要性及应用领域
01
数控技术6-进给伺服系统是数控 机床的核心组成部分,对于提高 加工精度、稳定性和加工效率具 有重要意义。
02
该系统广泛应用于机械制造、航 空航天、汽车、模具等领域,是 现代制造业中不可或缺的重要技 术之一。
数控技术6-进给伺服系统
目录
• 引言 • 进给伺服系统概述 • 数控技术中的进给伺服系统 • 进给伺服系统的性能指标 • 进给伺服系统的控制策略 • 进给伺服系统的应用与发展趋势
01 引言
主题简介
数控技术6-进给伺服系统是一种用于 控制机床运动和加工过程的系统,通 过精确控制机床的进给运动,实现高 精度、高效率的加工。
05 进给伺服系统的控制策略
开环控制
总结词
简单、可靠、成本低
详细描述
开环控制策略不包含位置反馈环节,控制器根据输入的位移指令和系统参数计 算出控制量,直接驱动执行机构。开环控制简单可靠,成本较低,但精度和稳 定性受限于系统参数的准确性。
闭环控制
总结词
高精度、高稳定性
详细描述
闭环控制策略包含位置反馈环节,通过实时检测执行机构的实际位置或位移,与指令位置进行比较,形成误差信 号,控制器根据误差信号调整控制量,以减小误差。闭环控制具有高精度和高稳定性,适用于对位置精度要求高 的场合。
进给伺服系统的应用案例
数控机床
进给伺服系统广泛应用于数控机床,实现高 精度、高效率的加工。
机器人
伺服系统用于机器人的关节驱动,实现精确 的位置控制和速度控制。
自动化生产线
伺服系统用于自动化生产线的传送、定位和 装配,提高生产效率。
伺服驱动系统的分类
伺服驱动系统的分类数控机床的伺服驱动系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统;按其掌握原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统;按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。
电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统和沟通伺服驱动系统。
1.进给驱动与主轴驱动进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的掌握系统,掌握机床各坐标轴的切削进给运动,并供应切削过程所需的转矩。
主轴驱动掌握机床主轴的旋转运动,为机床主轴供应驱动功率和所需的切削力。
一般地,对于进给驱动系统,主要关怀它的转矩大小、调整范围的大小和调整精度的凹凸,以及动态响应速度的快慢。
对于主轴驱动系统,主要关怀其是否具有足够的功率、宽的恒功率调整范围及速度调整范围。
2.开环掌握和闭环掌握数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的掌握结构,即开环掌握和闭环掌握。
由此形成位置开环掌握系统和位置闭环掌握系统。
闭环掌握系统又可依据位置检测装置在机床上安装的位置不同,进一步分为半闭环伺服驱动掌握系统和全闭环伺服驱动掌握系统。
若位置检测装置安装在机床的工作台上,构成的伺服驱动掌握系统为全闭环掌握系统;若位置检测装置安装在机床丝杠上,构成的伺服驱动掌握系统则为半闭环掌握系统。
现代数控机床的伺服驱动多采纳闭环掌握系统。
开环掌握系统常用于经济型数控或老设备的改造。
3.直流伺服驱动与沟通伺服驱动直流大惯量伺服电机具有良好的宽调速性能,输出转矩大,过载力量强,而且,由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当,构成闭环后易于调整。
而直流中小惯量伺服电机及其大功率晶体管脉宽调制驱动装置,比较适应数控机床对频繁启动、制动,以及快速定位、切削的要求。
但直流电机一个最大的特点是具有电刷和机械换向器,这限制了它向大容量、高电压、高速度方向的进展,使其应用受到限制。
进入1980年月,在电机掌握领域沟通电机调速技术取得了突破性进展,沟通伺服驱动系统大举进入电气传动调速掌握的各个领域。
进给伺服系统概述
大倍数。 调速单元输出的量是速度量,这一速度量经过积分环节 1/s 后成为角 位移量。
2-1、进给伺服系统的数学模型
对控制系统的数学描述, 实际上就是首先建立系统中各环节的传 递函数,然后求出整个系统的传递函数。有速度内环的闭环系统如 图 8-4 所示:
位置检测环节是指位置传感器(光电编码器,旋转变压器等)和后置 处理电路。作用是把位置信号转换为电信号。这个环节也可以看做是 一个比例环节,比例系数是 K f 。 将各环节的传递函数置换 8-4 的框图, 就得到了动态结构图, 如图 8-5 所示:
1.静态性能分析
控制系统中,最重要的是稳定性问题。如果一台数控机床的伺服 控制系统是不稳加工的。因此,任何控制系统首先必须是稳定的。 2、稳态性能指标 位置伺服系统的稳态性能指标主要是定位精度,指的是系 统过度过程终了时实际状态与期望状态之间的偏差程度。 一般数控机 床的定位精度应不低于 0.01mm,而高性能数控机床定位精度将达到 0.001mm 以上。 影响伺服系统稳态精度的原因主要有两类, 一类是位置测量装置
数控机床进给伺服驱动系统.ppt
• 脉冲、数汾字比较伺服系统
• 经相位比较伺服系统
• 碎 幅值比较伺服系统
•增 全数字伺服系统
第二节 步进伺服驱动厂控制
•
在数机控机床中使用的伺服电脆动机有
步进电动机、直黍流伺服电动机、交流伺遁
电动机和直线电动机等卧。步进伺服驱动系
统的甥执行元件是步进电机。
步进电蔼动机一般用于开环伺服殊系统中, 没有位置反馈训环节,位置控制精度由舰步进电 动机和进给链来决定。
嚏
曲线2—实际的借移
正补偿脉冲 B 动(有螺距的误差)
误差
锰
曲线3—补偿前的误
沛差曲线
艘
O
补偿脉冲
曲线4—补偿后的误
图5-16 螺距误差补偿原理
差曲线
曲线 1 - 理想的移动(没有螺距的误差)曲线 2 - 实际的移动(有螺距的误差)
第三节 闭环伺服控制先原理与系统
闭环控制的特点:坏工作可靠,抗干扰性强砍,精度高,但增加 了位翁置检测、反馈、比较等盼环节,结构复杂,调试嗜困难。
– 实现方法:
• 安俩置两个补偿杆 • 按照螺範距误差在补偿杆上设置疡挡块 • 工作台移动时行力程开关与挡块接触
时进行补偿。
第二节 步进伺服驱动明控制
机床运动
1 2
0.01 mm l
O
误差
3
O
脉冲数
1
2
0
脉冲数
-1
-2
微动开关 A
补偿杆 A
补偿杆 B
B
曲线1—理想的移动
(叼没有螺距误差)
负补偿脉冲 A
第五章 数控机床的进俺给伺服系统
第一节 概述讹
一、定义:
伴 进给伺服系统(吏Feed Servo硅 System)——毙以移
数控机床的进给伺服系统概述
• 当步进电机励磁绕组相数大于3时,多相通电多数 能提高输出转矩。
• 所以功率较大的步进电机多数采用多于三相的励磁 绕组,且多相通电。
3、启动转矩Mq
AB C Mq
e
当电机所带负载ML<Mq时,电机可不失步的启动。
2、最高启动频率和最高工作频率
最高启动频率fg: 步进电机由静止突然启动,并不失步地进 入稳速运行,所允许的启动频率的最高值。 最高启动频率fg与步进电机的惯性负载J有 关。
故电动机的转速n为:
n f (r/s) 60 f (r/min) f ——控制脉冲的频率
mzk
mzk
SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。
• 定子和转子都分为5段,呈轴向分布;有16个 齿均匀分布在圆周上,
• 齿距=360º/16=22.5º;各相定子彼此径向错开 1/5个齿的齿距;
如按5相5拍通电,则步距角为:
4)电动机定子绕组每改变一次通电方式——称为一拍 5)每输入一个脉冲信号,转子转过的角度——步距角αº • 上述通电方式称为:三相单三拍。(三相三拍) • 单——每次通电时,只有一相绕组通电; • 双——每次通电时,有两相绕组通电; • 三拍——经过三次切换绕组的通电状态为一个循环; • 除此之外的通电方式还有: • 三相双三拍: AB—BC—CA—AB • 三相单双六拍: A—AB—B—BC—C—CA—A
第三节 数控机床的检测装置
1、检测装置的作用
• 检测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分 • 其作用是:检测位移和速度,发送反馈信号,构成
(1) 直线进给系统 已知:进给系统的脉冲当量δmm;步进电机的
步距角αº;滚珠丝杠的导程t mm;
求: 齿轮传动比 i。
进给伺服系统的常见故障有哪几种
进给伺服系统的常见故障有哪几种进给伺服系统的常见故障有以下几种:1.超程当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时,就会发生超程报警,一般会在CRT 上显示报警内容,根据数控系统说明书,即可排除故障,解除报警。
2.过载当进给运动的负载过大,频繁正、反向运动以及传动链润滑状态不良时,均会引起过载报警。
一般会在CRT 上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息。
同时,在强电柜中的进给驱动单元上、指示灯或数码管会提示驱动单元过载、过电流等信息。
3.窜动在进给时出现窜动现象:①测速信号不稳定,如测速装置故障、测速反馈信号干扰等;②速度控制信号不稳定或受到干扰;③接线端子接触不良,如螺钉松动等。
当窜动发生在由正方向运动与反向运动的换向瞬间时,一般是由于进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。
4.爬行发生在起动加速段或低速进给时,一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益低及外加负载过大等因素所致。
尤其要注意的是:伺服电动机和滚珠丝杠联接用的联轴器,由于联接松动或联轴器本身的缺陷,如裂纹等,造成滚珠丝杠转动与伺服电动机的转动不同步,从而使进给运动忽快忽慢,产生爬行现象。
5.机床出现振动机床以高速运行时,可能产生振动,这时就会出现过流报警。
机床振动问题一般属于速度问题,所以就应去查找速度环;而机床速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的,即凡是与速度有关的问题,应该去查找速度调节器,因此振动问题应查找速度调节器。
主要从给定信号、反馈信号及速度调节器本身这三方面去查找故障。
6.伺服电动机不转数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外,还有使能控制信号,一般为DC+24V 继电器线圈电压。
伺服电动机不转,常用诊断方法有:①检查数控系统是否有速度控制信号输出;②检查使能信号是否接通。
通过CRT 观察I/O 状态,分析机床PLC 梯形图(或流程图),以确定进给轴的起动条件,如润滑、冷却等是否满足;③对带电磁制动的伺服电动机,应检查电磁制动是否释放;④进给驱动单元故障;⑤伺服电动机故障。
5-1进给伺服系统详解
动态特性讨论(指电机空载时的特性): A)过渡过程曲线:
当 ≥ 1 时,即 Tm ≥4Te 电机转速的过渡过程无振荡。
当0< <1时,即 Tm < 4Te 有振荡现象,将降低加工质量, 应避免。
B)过渡过程时间 : 在空载及阶跃电压输入时,其动态特性方程的解为
(t ) 0 (1 e
2.输出精度要高: 精度——指输出量能复现输入量的精确程度。 位置精度: (1)定位精度和重复定位精度:为静态精度,反 映机床加工的尺寸精度。 (2)跟随精度:为动态精度,反映机床加工的轮 廓精度。
3.动态响应要快且无超调: 快速性——指消除系统的输出量与给定的输入量之间 偏差的快慢程度。 即电机转速从零升至最大稳态速度的时间 要短(0.2~0.1s),且过渡过程无振荡 现象(否则会影响表面粗糙度)。
0 360 0 m zk
m-定子绕组相数 式中: z-转子齿数 k-通电方式系数 4.工作特性 : 1)转子的角位移与输入的换相脉冲个数成正比。 2)转子的角速度与输入的换相脉冲频率成正比。 3)转子的旋转方向由通电顺序决定。 4)若通电绕组不变,电机便停在某一个位置上不动, 具有自锁功能。 **步进电机结构简单,调速方便,但效率低,拖动负 载能力有限,且调速范围不宽。
3)为了提高步进电机的控制精度,定子磁极和转子凸极都采 用多齿结构(参见上图),且定、转子的齿距相同。
另外,定子上的极齿与转子上的齿要错开一定角度,即当定 子上一相极齿与转子齿对齐时,其它相极齿与转子齿要错开。 错齿是步进电机实现旋转的必要条件。
3.步矩角——步进电机定子绕组每输入一个换相脉冲信号, (即换相一次)转子转过的角度。
当t=Tm 时,
t TM
进给伺服系统
变换前后由同样的旋转磁势(即产生同样的旋转磁 场)
方法
A、B、C三相坐标系的交流量→D、Q两相固定坐 标系的交流量→转子磁场定向的M’-T’直角坐标系 的直流量
电动机控制对比
直流电动机
与电机电磁转矩相关的主磁通Φ和电枢电流Ia是相 互独立的两个变量
分别控制励磁电流和电枢电流,即可方便地进行转 矩电压U
改变Ke
即改变磁通量Φ(改 变激磁回路电阻Rj以 改变激磁电流Ij)
在电枢回路中串联调 节电阻Rt,此时,转 速公式变为
n (U IaRa) ke
n U Ia (Ra Rt ) ke
大惯量直流伺服电机
又称:
宽调速直流伺服电机、直流力矩电机
激磁方式:
PWM调速的特点
开关频率高 纹波系数低 频带较宽 可在高峰值电流下工作
4.4 交流伺服系统
含义:
使用AC电机的伺服系统
分类:
交流感应电机(异步):结构简单,容量大, 价格低,一般用作主运动的驱动电路
交流同步电机(永磁):进给运动的驱动电 机
永磁同步式交流伺服电机
组成:
交流伺服电机调速
永磁式
特点:
输出力矩大:
高性能的磁性材料,产生强磁场φ,具有大的矫顽力和足 够的厚度,能承受高的峰值电流以满足快的加减速要求
增加转子的槽数和槽的截面积,增大磁极对数,使得转矩惯量比增大,电枢电感减小,电机的机械时间常数和电气 时间常数都减小,改善响应的快速性。
大惯量直流伺服电机
特点:
大惯量的结构使在长期过载工作时具有大的 热容量,过载能力强,允许持续过载的时间 长。
之内成为不稳定因素,设计和调试较困难
4.2 步进电机及其调速
伺服驱动系统
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伺服系统,其驱动元件为步进 电机.
功率步进电机控制系统的结构最简单,控制最容易,维修最方 便,控制为全数字化,这完全符合数字化控制技术的要求,控 制系统与步进电机的驱动控制电路结为一体.
步进电机又称脉冲电机,每接受一个脉冲信号转子转过一个角度,称为步距 角.
脉冲数目:位移大小;脉冲频率:速度大小;通电顺序:方向控制. 步进电机的结构:单段式三相反应式步进电机结构:
工作原理:电磁吸合 转子:开槽形成齿 定子:有磁极
以三相单三拍为例说明工作原理:
✓ 第一拍:A相励磁绕组通电,B、C励磁绕组断电.A相定子绕组的磁力线为 保持磁阻最小,给转子施加力矩,使相邻转子齿与之对齐.
暂的调节过程后,达到新的或者恢复到原来的平衡状态.直
接影响数控加工的精度和表面粗糙度.
3快速响应 快速响应是伺服系统动态品质的重要指标,它反映了
系统的跟踪精度.
4调速范围宽 调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转
速和最低转速之比.0~30m/min.
5低速大转矩 进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制,在整个速
按使用场合分:有功率步进电机和控制步进电机.
按电机结构分:有单段式径向式、多段式轴向式、印刷绕组 式.
按工作相数分:有三相、四相、五相等.
按使用频率分:有高频步进电机和低频步进电机.
数控机床中使用较多的是反应式步进电机和永磁感应式步进 电机
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2步进电机的结构与工作原理
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如上所述,在电磁转矩的作用下,转子有一定的稳定平衡点.