1、第三章 数控机床的进给伺服系统 适用专业:机设,数控技术及编程,第一节 概述,第三章 数控机床的进给伺服系统,第二节 步进伺服驱动控制,第五节 典型伺服系统,第四节 数控机床的进给传动部件,第三节 直流伺服驱动控制,第四节 交流伺服驱动控制,第一节 概述,1.调速范围要宽 2.精度要高 3.响应要快 4.低速大转矩 5.稳定性要好，可靠性要高。,二伺服驱动系统的分类,一数控机床对伺服系统的要求,第一节 概述,2.进给驱动与主轴驱动 3.直流伺服驱动与交流伺服驱动,+,+,C、半闭环伺服系统,第二节 步进伺服驱动控制,1.步进电机的结构和工作原理 2.步进电机的主要特性 1).步距角和静态步距误
2、差步距角指步进电机定子绕组 通电状态每改变一次，转子转过 的角度。 步距角计算式为：,一步进电机,第二节 步进伺服驱动控制,2).启动频率启动频率指空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进入 不丢步的正常运行的最高频率。 3).连续运行的最高工作频率最高工作频率指步进电机连续运行时，不丢步运行的极限频率。 4).加减速特性加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率 到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。 5).矩频特性与动态转距矩频特性是描述步进电机连续 稳定运行时输出转矩与连续运行频 率之间的关系。,第二节 步进伺服驱动控制,1。工作方式从一相通电换接到另一
3、相通电称为一拍， 每拍转子转过一个步距角。 2。控制系统,二. 步进电动机的驱动与控制,第三节 直流伺服驱动控制,1.工作原理直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小与电机中的气隙磁场成正比。 2直流伺服电机的分类直流电机按其励磁方式分为永磁式、励磁式(他励、并励、串励、复励)、混合式(励磁和永磁合成)三种；按电枢结构分为有槽、无槽、印刷绕组、空心杯形等；按输出量分为位置、速度、转矩(或力)三种控制系统；按运动模式分为增量式和连续式；按性能特点及用途不同又有不同品种。,一直流伺服电动机的工作原理及类型,二、常用直流伺服电动及特点,1、小惯量直流伺服电机 2、宽调速直流伺服电动
4、机,第三节 直流伺服驱动控制,1直流伺服电动机的工作特性 2 直流伺服电动机的调速 (1) 晶闸管调速控制方式,三、直流伺服电动机的速度控制,第三节 直流伺服驱动控制,(2) 晶体管脉宽调制调速控制方式,第四节 交流伺服驱动控制,1、交流感应异步电动机的结构和工作原理 2、SPWM变频控制器,第五节 典型伺服系统,A、步进式伺服系统的工作原理步进式伺服系统中指令信号是单向传递的，驱动控制线路接收数控装置发出的进给脉冲信号，并将其转换为控制步进电动机各相定子绕组依次通、断电的信号，使步进电动机运转。步进电动机的转子与机床丝杠连在一起(也可通过传动装置接到丝杠上)，带动丝杠转动，从而使工作台运动。
5、也就是说，步进式伺服系统受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电信号通过步进电动机转变为具有一定大小和方向的机械角位移，通过机械传动带动工作台移动。,一. 开环步进式伺服系统,第五节 典型伺服系统,B、提高开环系统伺服精度提高开环系统伺服精度从结构上讲有：改善步进电机的性能、减小 步距角、采用精密传动副、减小传动链中传动间隙等方法。 从控制方法上讲有：传动间隙补偿、螺距误差补偿、细分线路。 1. 传动间隙补偿 传动间隙补偿的基本方法为： 判别进给方向变化后，首先不向 步进电机输送反向位移脉冲，而 是将间隙值换算为脉冲数，驱动 步进电机转动，越过传动间隙， 待间隙补偿结束后再按指令脉冲 进行动作
6、。,第五节 典型伺服系统,2. 螺距误差补偿传动链中的滚珠丝杠螺距 累积误差直接影响工作台的位 移精度，为数控设备提供了自 动螺距误差补偿功能来解决这 个问题。3. 细分线路细分线路是把步进电机的一步再分得细一些。如十细分线路，将 原来输入一个进给脉冲步进电机走一步变为输入十个脉冲才走一步。,第五节 典型伺服系统,1.相位比较伺服系统2.幅值比较伺服系统,二闭环伺服驱动系统,第五节 典型伺服系统,3. 脉冲比较伺服系统4. 全数字式伺服系统全数字式伺服系统：是指系统中的控制信息全用数字量来处理。,第六节 数控机床的进给传动部件,1.刚性调整法刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法。,一
7、.传动齿轮副,1. 偏心套调整法,第六节 数控机床的进给传动部件,2.柔性调整法柔性调整法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的调整法。,1. 轴向弹簧调整法,2. 周向弹簧调整法,第六节 数控机床的进给传动部件,滚珠丝杠副的优点是： 1)摩擦系数小，传动效率高； 2)灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高； 3)磨损小，寿命长，精度保持性好； 4)可通过预紧和间隙消除措施提高 轴间刚度和反向精度； 5)运动具有可逆性。,二.滚珠丝杠螺母副,第六节 数控机床的进给传动部件,1. 滚珠丝杠螺母副的结构滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在返回过程中与丝 杠脱离接触的为外循环，滚珠循
8、环过程中与丝杠始终接触的为内循环。 循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道叫工作圈数。 2滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整滚珠丝杠的传动间隙是轴向间 隙，消除间隙的方法常采用双螺母 结构，利用两个螺母的相对轴向位 移。常用的双螺母丝杠消除间隙的方 法有： 1). 垫片调隙式,第六节 数控机床的进给传动部件,2). 螺母调隙式 3). 齿差调隙式,第六节 数控机床的进给传动部件,3滚珠丝杠的支承方式(a)为一端装推力轴承。(b)为一端装推力轴承，另一端装向心球轴承。 (c)为两端装止推轴承。(d)为两端装止推轴承及向心球轴承。 4.滚珠丝杠螺母副的精度精度标准为四级：普通级P、标准级B、精密级J和超精密级C。,
