數(shù)控編程第三十四講

數(shù)控編程第三十四講1第一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三三、伺服控制系統(tǒng)分類1、按控制方式分類位置控制系統(tǒng)可分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種。開環(huán)控制不需要位置檢測及反饋，半閉環(huán)、閉環(huán)控制需要位置檢測及反饋。2第二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三1）開環(huán)系統(tǒng)3第三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三如圖為開環(huán)伺服系統(tǒng)，它由步進電機及其驅(qū)動線路等組成。其功能是每輸入一個指令脈沖，步進電機就旋轉(zhuǎn)一定角度，步進電機的旋轉(zhuǎn)速度取決于指令脈沖的頻率、轉(zhuǎn)角的大小有指令脈沖數(shù)所決定。由于系統(tǒng)中沒有位置檢測器及反饋線路，因此，開環(huán)系統(tǒng)的精度較差，但由于結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，在精度不太高的場合中較廣泛的應(yīng)用。4第四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三如圖是典型的閉環(huán)伺服系統(tǒng)，它由伺服電機、檢測器、比較線路、伺服放大線路等部分組成。2）閉環(huán)系統(tǒng)5第五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三它根據(jù)來自檢測器的反饋信號與指令信號比較的結(jié)果來進行速度和位置的控制。對大部份數(shù)控機床來說，其檢測反饋是從伺服電機軸或滾珠絲杠上取得的。對高精度或大型機床，才直接從安裝在工作臺等移動部件上的檢測器中取得反饋信號。為區(qū)別兩者起見，把前者稱之為半閉環(huán)系統(tǒng)。6第六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三直接測量工作臺等移動部件的位移從而建立反饋控制當(dāng)然最好，但這種測量裝置的價格較高，安裝及調(diào)整都比較復(fù)雜且不易保養(yǎng)；相比之下半閉環(huán)系統(tǒng)中的測量轉(zhuǎn)角就比較容易，但其補償精度比閉環(huán)系統(tǒng)差，但系統(tǒng)簡單而且調(diào)整方便，現(xiàn)在已廣泛地應(yīng)用在數(shù)控機床上。7第七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三2、按所驅(qū)動的伺服電動機分類（1）步進電動機伺服控制（2）直流伺服系統(tǒng)采用直流伺服驅(qū)動器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽刂频闹绷麟婒?qū)動直流伺服電動機。直流伺服驅(qū)動器所采用晶閘管(SCR)調(diào)速系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)速系統(tǒng)。（3）交流伺服系統(tǒng)采用改變交流伺服電動機的供電頻率的方法來達到電動機調(diào)速的目的8第八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3、按進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類（1）進給伺服系統(tǒng)是指一般意義的伺服系統(tǒng)，包括速度控制和位置控制。進給伺服系統(tǒng)要完成坐標(biāo)軸的定位和輪廓跟蹤功能，是數(shù)控機床中要求最高的伺服系統(tǒng)。（2）主軸伺服系統(tǒng)一般只是一個速度控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)追大洲無級調(diào)速和滿足功率與扭矩的輸出。對其精度和快速響應(yīng)要求也沒有進給伺服系統(tǒng)高。9第九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三作業(yè)：P314思考題1、3、4、510第十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第六章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)進給驅(qū)動第三節(jié)主軸驅(qū)動第四節(jié)檢測元件第五節(jié)位置控制系統(tǒng)11第十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第六章第二節(jié)進給驅(qū)動一、直流伺服電動機速度控制單元二、交流伺服電動機速度控制單元12第十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三一、直流伺服電動機速度控制單元1、直流電動機的調(diào)速方法與性能（1）永磁直流伺服電動機的工作原理與性能13第十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三（2）直流電動機的調(diào)速方法與性能。14第十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三2、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)（1）系統(tǒng)的組成（2）主回路工作原理15第十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三（3）晶閘管速度控制單元。16第十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3、PWM直流調(diào)速（1）晶體管脈寬調(diào)制原理17第十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三（2）PWM直流調(diào)速的特性及原理。18第十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三（3）常用的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)。19第十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三二、交流伺服電動機速度控制單元1、交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)與性能（1）交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)特點20第二十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三（2）永磁式同步交流伺服電動機的工作原理和性能。21第二十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三2、永磁同步交流伺服電動機調(diào)速系統(tǒng)（1）PWM變頻器22第二十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三（2）PWM變頻調(diào)速原理。23第二十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3、全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)（1）全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)機器最新發(fā)現(xiàn)。24第二十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三（2）全數(shù)字式SPWM變頻器。25第二十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三。4、永磁交流伺服電動機中的傳感器26第二十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三作業(yè)：P314思考題1、3、4、527第二十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第六章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)進給驅(qū)動第三節(jié)主軸驅(qū)動第四節(jié)檢測元件第五節(jié)位置控制系統(tǒng)28第二十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第六章第三節(jié)主軸驅(qū)動一、對主軸驅(qū)動的要求二、直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)三、交流主軸控制系統(tǒng)29第二十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三一、對主軸驅(qū)動的要求機床主傳動主要是旋轉(zhuǎn)運動，無需絲杠或其他直線運動裝置。1、對功率的要求要求主轉(zhuǎn)動電動機應(yīng)有2.2-250KW的功率范圍，既要能輸出大的功率，又要求主軸結(jié)構(gòu)簡單。2、寬調(diào)速范圍數(shù)控機床要求主驅(qū)動系統(tǒng)在1:100-1000范圍內(nèi)進行恒轉(zhuǎn)矩和1:10的恒功率調(diào)速，30第三十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3、定位功能要求主軸能與進給驅(qū)動實行同步控制；在加工中心上為了自動換刀還要求主軸能進行高精度的準(zhǔn)?？刂?；為了保證端面加工的表面質(zhì)量，要求主軸具有恒線速度表面切削功能；有的數(shù)控機床要求具有較大分度控制功能?，F(xiàn)在國際上新生產(chǎn)的數(shù)控機床絕大多數(shù)采用交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)。31第三十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三二、直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)1、電動機結(jié)構(gòu)與性能。32第三十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三2、直流速度控制單元。33第三十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三三、交流主軸控制單元1、交流主軸電動機結(jié)構(gòu)與性能。34第三十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三2、交流電動機的調(diào)速。35第三十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3、感應(yīng)式異步電動機的矢量控制。36第三十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三作業(yè)：P314思考題1、3、4、537第三十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第六章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)進給驅(qū)動第三節(jié)主軸驅(qū)動第四節(jié)檢測元件第五節(jié)位置控制系統(tǒng)38第三十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第六章第四節(jié)檢測元件一、概述二、光電盤與編碼盤三、光柵測量裝置四、感應(yīng)同步器測量裝置五、磁尺測量裝置39第三十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三一、概述伺服驅(qū)動元件中，步進電機、電液脈沖馬達能夠按數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖進行工作，在一般情況下不會失步，不需要位置檢測，它們常用于開環(huán)系統(tǒng)。在閉環(huán)系統(tǒng)中，常用各種直流電機以至于交流電機作為驅(qū)動元件，這就必須要有檢測裝置。把位移測量信號作為反饋信號，并將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字，送回計算機，和指令脈沖進行比較并控制驅(qū)動元件正確運轉(zhuǎn)，所以測量裝置是保證數(shù)控機床精度的關(guān)鍵。40第四十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三數(shù)控機床對位置測量裝置的要求是：（1）工作可靠；（2）使用維護方便；（3）滿足速度和精度要求，（4）成本低。

41第四十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三由于工作條件和測量要求的不同，在數(shù)控機床上有不同的測量方式。1．增量式測量和絕對式測量增量式測量的特點是：只測位移增量，如果測量單位為0.01毫米，則每移動0.01毫米就發(fā)出一個測量信號。其優(yōu)點是測量裝置比較簡單，任何一個對中點都可作為測量起點，在輪廓控制數(shù)控機床上大都采用這種測量方式，典型的檢測元件如感應(yīng)同步器、光柵等。42第四十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三但在增量式測量系統(tǒng)中，移距是靠對測量信號計數(shù)讀出的，一旦計數(shù)有誤，此后的測量結(jié)果全錯了。再有在發(fā)生某種故障時（斷電、斷刀等），事故排除后，不能再找到事故前的正確位置，這是由于這種測量沒有一個特定的標(biāo)志，這時必須將工作臺移至起始點重新計數(shù)才能找到事故前的正確位置，這就是增量測量方式的缺點。絕對值測量方式從原則上講可以避免上述缺點，它的被測量的任一點的位置都由一個固定的零點算起，每一被測點都有一個相應(yīng)的測量值，43第四十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三典型的如數(shù)碼盤，對應(yīng)碼盤的每一個角位有一組二進位數(shù)。顯然分辨率要求愈高，所須二進位數(shù)也愈多，結(jié)構(gòu)也愈復(fù)雜。2．?dāng)?shù)字式測量和模擬式測量數(shù)字式測量是將被測量用測量單位量化后以數(shù)字形式表示。以直線測量為例，只要測量單位足夠?。ɡ?.01毫米或更?。?，就可以將被測距離比較準(zhǔn)確的數(shù)量化。44第四十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三測量信號一般是電脈沖，可以把它直接送數(shù)控裝置進行比較處理等。其典型的測量裝置如光柵位移測量裝置。數(shù)字式測量的特點是：1）被測量量化后轉(zhuǎn)換成脈沖個數(shù)，便于顯示和處理；2）測量精度取決于測量單位，和量程基本無關(guān)（當(dāng)然也有累積誤差問題）；3）測量裝置比較簡單，脈沖信號抗干擾能力較強。45第四十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三模擬式測量是將被測量用連續(xù)的變量來表示，如用相位變化，電壓變化來表示。在大量程內(nèi)作精確的模擬測量在技術(shù)上有較高要求，在數(shù)控機床上模擬式測量主要用于小量程的測量，例如感應(yīng)同步器的一個線距內(nèi)信號相位變化等。模擬式測量的特點是:1）直接測量被測量，無須量化；2）在小量程內(nèi)可以實現(xiàn)高精度測量。46第四十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期