教学用第7章机床进给伺服系统的控制原理PPT课件
合集下载
数控技术介绍及应用(ppt 54页)
电机驱动单元接收到 一个脉冲相应旋转一个角度，称为步距角，通过机床传动部件， 使工作台相应产生一个位移量。
开环控制系统没有反馈装置，不能消除步进电机失步产生 的误差。因此开环控制系统一般用于运动速度较低和加工精度 不高的机床。
22.03.2022
page 16
2)闭环控制系统(Closed Loop Control System)
装置等。数控机床的刚度要求更高，传动装置间隙要小，
摩擦系数要小且要有恰当的阻尼。
22.03.2022
page 14
1.3 数字控制系统
1.3.1 数控系统的组成和分类 （1）数控系统：
是一种能控制机器运动的装置。加工程序输入系统 后能够自动解释指令，进行运算，并由系统的输出装置 向机床的执行机构发出指令，完成规定的运动或动作。
改革开放以来，通过技术引进、科学攻关和技术改造， 我国的数控技术有了较大的进步，逐步形成产业。 1980年北 京机床研究所引进日本FANUC5、7、3、6数控系统，上海 机床研究所引进美国GE公司的MTC－1数控系统，辽宁精密 仪器厂引进美国Bendix公司的Dynapth LTD10数控系统。
22.03.2022
第一章 绪论
数控技术是现代制造技术的基础，数控技术水平的高低、 数控设备的拥有量以及数控技术的普及程度，已经成为衡 量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
数控技术经过几十年的发展（1952年第一台数控机床问世 ），已广泛应用于现代工业的各领域，成为制造业现代化 的基础。数控技术不仅应用于金属切削机床，还应用于其 他多种设备。如机器人、坐标测量机、数控雕刻机、数控 绘图机、电火花加工机床等。
闭环控制系统在机床运动方向上增加测量工作台实际 位移的传感器，将工作台实际位置的信息反馈给CNC 的比较器，如有误差，由CNC发指令，使工作台运动 直至误差消失。 采用闭环控制系统的机床的位置精度大大提高。
开环控制系统没有反馈装置，不能消除步进电机失步产生 的误差。因此开环控制系统一般用于运动速度较低和加工精度 不高的机床。
22.03.2022
page 16
2)闭环控制系统(Closed Loop Control System)
装置等。数控机床的刚度要求更高，传动装置间隙要小，
摩擦系数要小且要有恰当的阻尼。
22.03.2022
page 14
1.3 数字控制系统
1.3.1 数控系统的组成和分类 （1）数控系统：
是一种能控制机器运动的装置。加工程序输入系统 后能够自动解释指令，进行运算，并由系统的输出装置 向机床的执行机构发出指令，完成规定的运动或动作。
改革开放以来，通过技术引进、科学攻关和技术改造， 我国的数控技术有了较大的进步，逐步形成产业。 1980年北 京机床研究所引进日本FANUC5、7、3、6数控系统，上海 机床研究所引进美国GE公司的MTC－1数控系统，辽宁精密 仪器厂引进美国Bendix公司的Dynapth LTD10数控系统。
22.03.2022
第一章 绪论
数控技术是现代制造技术的基础，数控技术水平的高低、 数控设备的拥有量以及数控技术的普及程度，已经成为衡 量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
数控技术经过几十年的发展（1952年第一台数控机床问世 ），已广泛应用于现代工业的各领域，成为制造业现代化 的基础。数控技术不仅应用于金属切削机床，还应用于其 他多种设备。如机器人、坐标测量机、数控雕刻机、数控 绘图机、电火花加工机床等。
闭环控制系统在机床运动方向上增加测量工作台实际 位移的传感器，将工作台实际位置的信息反馈给CNC 的比较器，如有误差，由CNC发指令，使工作台运动 直至误差消失。 采用闭环控制系统的机床的位置精度大大提高。
数控机床的伺服系统
第七章 数控机床的伺服系统
但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂， 价格也高。进入80年代后，由于交流电机调速技术的突破，交 流伺服驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服 电机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修， 制造简单，适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速 度方向发展，其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统， 交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。
第七章 数控机床的伺服系统
进给伺服系统的作用：接受数控装臵发出的进给速度和位 移指令信号，由伺服驱动装臵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能根据指令信号精确地控制执行 部件的运动速度与位臵，以及几个执行部件按一定规律运动所 合成的运动轨迹。如果把数控装臵比作数控机床的“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。
第七章 数控机床的伺服系统
二、步进电机工作原理
步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统中， 步进电机受驱动线路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一 定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带 动工作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数 量代表了位移量，而运动方向是由步进电机的各相通电顺序 来决定，并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁。但由 于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定， 速度也受到步进电机性能的限制。
第七章 数控机床的伺服系统
直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开，然后拉直 演变而成，利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动 能的一种推力装臵，是一种较为理想的驱动装臵。在机床进给 系统中，采用直线电动机直接驱动与旋转电动机的最大区别是 取消了从电动机到工作台之间的机械传动环节，把机床进给传 动链的长度缩短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电动 机驱动方式无法达到的性能指标和优点。由于直线电动机在机 床中的应用目前还处于初级阶段，还有待进一步研究和改进。 随着各相关配套技术的发展和直线电动机制造工艺的完善，相 信用直线电动机作进给驱动的机床会得到广泛应用。
伺服系统概述 PPT课件
12 伺服系统概述
伺服系统的特点和功用
• 伺服系统与一般机床的进给系统有本质上差别，它能根据 指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置 • 伺服系统是数控装置和机床的联系环节，是数控系统的重 要组成
12 伺服系统概述
二、伺服系统基本类型
按控制原理分 有开环、闭环和半闭环三种形式 按被控制量性质分 有位移、速度、力和力矩等伺 服系统形式 按驱动方式分 有电气、液压和气压等伺服驱动形式 按执行元件分 有步进电机伺服、直流电机伺服和交 流电机伺服形式
12 伺服系统概述
气压系统与液压系统的比较
1.
2.
3. 4.
5.
空气可以从大气中取之不竭且不易堵塞；将用过的气体排入大 气，无需回气管路处理方便；泄漏不会严重的影响工作，不污 染环境。 空气粘性很小，在管路中的沿程压力损失为液压系统的干分之 一，易于远距离控制。 工作压力低．可降低对气动元件的材料和制造精度要求。 对开环控制系统，它相对液压传动具有动作迅速、响应快的优 点。 维护简便，使用安全，没有防火、防爆问题；适用于石油、化 工、农药及矿山机械的特殊要求。对于无油的气动控制系统则 特别适用于无线电元器件生产过程，也适用于食品和医药的生 产过程。
优点
操作简便；编程容易； 能实现定位伺服控制； 响应快、易与计算机 （CPU）连接；体积小、 动力大、无污染。
缺点
瞬时输出功率大；过载 差；一旦卡死，会引起 烧毁事故；受外界噪音 影响大。 功率小、体积大、难于 小型化；动作不平稳、 远距离传输困难；噪音 大；难于伺服。 设备难于小型化；液压 源和液压油要求严格； 易产生泄露而污染环境。
12 伺服系统概述
三、伺服系统基本要求
精度高： 稳定性好：
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
第7章数控机床故障分析维护与调试实例资料ppt课件
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第7章 数控机床故障分析、维护与调试实例
• 7.1数控车床故障分析实例 • 7.2数控铣床故障分析实例 • 7.3加工中心故障分析实例
2024/3/14
8
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
7.1.5 机械部件故障维修实例
• [例7-15]机械抖动故障维修 • 故障现象：CK6136车床在Z向移动时有明显的
2024/3/14
1
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
引例
数控机床在使用过程中可能的故障有机械故障、电气故障、操作故障、 编程故障。故障的原因是多样的，有的可能是电气元件的质量问题，有 的是装配问题、有的是使用问题。对故障原因进行正确、准确的分析， 并确定合理的解决方案是数控机床的使用者、设计者共同关注的问题。
其余刀位可以正常转动。
2024/3/14
3
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
7.1.2主轴系统故障维修实例
• [例7-3] 主轴高速飞车故障维修
• 故障现象：国产CK6140数控车床，采用FANUC 0T数控系统。机床主轴为V57直流调速装置， 当接通电源后，主轴就高速飞车。
第7章 数控机床故障分析、维护与调试实例
• 7.1数控车床故障分析实例 • 7.2数控铣床故障分析实例 • 7.3加工中心故障分析实例
2024/3/14
8
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
7.1.5 机械部件故障维修实例
• [例7-15]机械抖动故障维修 • 故障现象：CK6136车床在Z向移动时有明显的
2024/3/14
1
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
引例
数控机床在使用过程中可能的故障有机械故障、电气故障、操作故障、 编程故障。故障的原因是多样的，有的可能是电气元件的质量问题，有 的是装配问题、有的是使用问题。对故障原因进行正确、准确的分析， 并确定合理的解决方案是数控机床的使用者、设计者共同关注的问题。
其余刀位可以正常转动。
2024/3/14
3
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
7.1.2主轴系统故障维修实例
• [例7-3] 主轴高速飞车故障维修
• 故障现象：国产CK6140数控车床，采用FANUC 0T数控系统。机床主轴为V57直流调速装置， 当接通电源后，主轴就高速飞车。
伺服系统概述PPT课件
但是随着科学技术的进步，人们不断从生产实 践中总结经验，一步一步找到了好的控制办法， 这就是三环结构。
第一节:伺服系统基本概述
三环结构如图4-1所示。
第一节:伺服系统基本概述
这三个环就是位置环、速度环、电流环。 1、位置环也称为外环，其输人信号是计算机
给出的指令和位置检侧器反馈的位置信号。这 个反馈是负反馈，也就是说与指令信号相位相 反。 指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号是 送去减数。 位置环的输出就是速度环的输人。
在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，让哪 一个驱动电动机拖着工作台动，这一台电动机就 动，而且这台电动机的运动速度、运动的距离， 完全按着计算机的指令行事，非常准确无误地完 成指令要求的任务。
第一节:伺服系统基本概述
很显然，伺服系统所以能作到这一点，也是非 常不容易的。因为电动机拖着一个重量很重的 工作台，而且摩擦力随着季节、新旧程度、润 滑状态等因素而变化，控制了一个稳定速度， 精确定位，可以想象其难度之大。
第一节:伺服系统基本概述
使电动机获得一个与计算机指令相关的，并与电动机 位置、速度、电流相关的运行状态。这个运行状态满 足计算机指令的要求。
这三个环都是调节器，其中有时采用比例调节器， 有时采用比例积分调节器，有时还要用比例积分微分 调节器
关于位置反馈网络、速度反馈网络、电流反馈网络到 底是什么样子可以这么说，有时是非常简单的一个电 位器，或者是一个滤波电路，但有时确实是一个复杂 的逻辑关系。在这里不做详细的叙述。
第一节:伺服系统基本概述
驱动总线
通讯 进给控制
速度控制
电流控制
转换器
Gating unit
驱动模块
电流测量传
电流实际值
感器
第一节:伺服系统基本概述
三环结构如图4-1所示。
第一节:伺服系统基本概述
这三个环就是位置环、速度环、电流环。 1、位置环也称为外环，其输人信号是计算机
给出的指令和位置检侧器反馈的位置信号。这 个反馈是负反馈，也就是说与指令信号相位相 反。 指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号是 送去减数。 位置环的输出就是速度环的输人。
在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，让哪 一个驱动电动机拖着工作台动，这一台电动机就 动，而且这台电动机的运动速度、运动的距离， 完全按着计算机的指令行事，非常准确无误地完 成指令要求的任务。
第一节:伺服系统基本概述
很显然，伺服系统所以能作到这一点，也是非 常不容易的。因为电动机拖着一个重量很重的 工作台，而且摩擦力随着季节、新旧程度、润 滑状态等因素而变化，控制了一个稳定速度， 精确定位，可以想象其难度之大。
第一节:伺服系统基本概述
使电动机获得一个与计算机指令相关的，并与电动机 位置、速度、电流相关的运行状态。这个运行状态满 足计算机指令的要求。
这三个环都是调节器，其中有时采用比例调节器， 有时采用比例积分调节器，有时还要用比例积分微分 调节器
关于位置反馈网络、速度反馈网络、电流反馈网络到 底是什么样子可以这么说，有时是非常简单的一个电 位器，或者是一个滤波电路，但有时确实是一个复杂 的逻辑关系。在这里不做详细的叙述。
第一节:伺服系统基本概述
驱动总线
通讯 进给控制
速度控制
电流控制
转换器
Gating unit
驱动模块
电流测量传
电流实际值
感器
数控机床进给伺服系统的工作原理(共5张PPT)
度作为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、驱动系统、 伺服机构或伺服单元。
进给伺服系统的工作原理
进给伺进服系给统伺的工服作系原理统是数控装置和机床主机的联系环节，接收CNC装置插补器发出的进给
数控装置插补信号输送到位置控制模块的位置比较电路，与位置检测反馈电路来的反馈信号相比较后，位置比较电路输出位置移动信号
机床完成进给运动。。 带动传动机构，最后转化为机床的直线或转动位移。
它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。 进给伺服系统的工作原理 伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。 伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
进 进给伺服系统的工作原理
它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。 数控装置插补信号输送到位置控制模块的位置比较电路，与位置检测反馈电路来的反馈信号相比较后，位置比较电路输出位置移动信号
给 ，经位置控制和速度控制单元输出到速度环，直到机床完成进给运动。 比较控制环节 驱动控制单元 执行元件 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、驱动系统、伺服机 指 构或伺服单元。 令 机 进给伺服系统的工作原理 床 数控机床常见故障诊断与排除
，经位脉置控冲制或和速进度给控制位单移元量输出信到息速度，环经，直过到变机换床完和成放进给大运由动伺。 服电机带动传动机构，最后转化为机床的
伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
进给伺直服系线统或是数转控动装置位和移机。床主机的联系环节，接收CNC装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过变换和放大由伺服电机
进给伺服系统的工作原理
进给伺进服系给统伺的工服作系原理统是数控装置和机床主机的联系环节，接收CNC装置插补器发出的进给
数控装置插补信号输送到位置控制模块的位置比较电路，与位置检测反馈电路来的反馈信号相比较后，位置比较电路输出位置移动信号
机床完成进给运动。。 带动传动机构，最后转化为机床的直线或转动位移。
它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。 进给伺服系统的工作原理 伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。 伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
进 进给伺服系统的工作原理
它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。 数控装置插补信号输送到位置控制模块的位置比较电路，与位置检测反馈电路来的反馈信号相比较后，位置比较电路输出位置移动信号
给 ，经位置控制和速度控制单元输出到速度环，直到机床完成进给运动。 比较控制环节 驱动控制单元 执行元件 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、驱动系统、伺服机 指 构或伺服单元。 令 机 进给伺服系统的工作原理 床 数控机床常见故障诊断与排除
，经位脉置控冲制或和速进度给控制位单移元量输出信到息速度，环经，直过到变机换床完和成放进给大运由动伺。 服电机带动传动机构，最后转化为机床的
伺服系统 是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
进给伺直服系线统或是数转控动装置位和移机。床主机的联系环节，接收CNC装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过变换和放大由伺服电机
数控机床的进给伺服系统概述
M j max
• 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。
• 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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
定子绕组通电状态变化次数N决定了步进电机转子的角位移Φ =Nα ,其中α 为步距角。该角位移经丝杠、螺母之后变为工作台 的位移量L。
即进给脉冲数N→定子绕组通电状态变化次数N →步进电机转子的 转角Φ →工作台位移量L.
2020/11/28
现代数控技术
7
2.工作台进给速度的控制
机床控制系统发出的进给脉冲频率f，经驱动控制线路后，表示为 控制步进电机定子绕组通断电的电平信号变化频率，也就是定子绕 组通电状态变化频率，而定子绕组通电状态的变化频率f决定了步 进电机转子的速度v，该转速v经丝杠、螺母后，体现为工作台的 进给速度v。
第七章 机床进给伺服系统的控制原理
内容提要
第一节 概述 第二节 进给伺服系统中的位置指令信号 第三节 开环伺服系统 第四节 闭环（半闭环）伺服系统
2020/11/28
现代数控技术
1
第一节 概述
1.数控机床进给运动伺服系统的分类和特点：
（1）开环控制系统：进给动力源是步进电机，一定的脉冲数量使进 给机构运动一定的位移量。没有位置检测元件和转速检测元件。 优点是结构简单，成本低；缺点是一旦产生误差，误差就会逐渐 积累，因此控制精度差。
直线插补的位置 指令为斜坡函数
z zt x k zt
z r sint x r cost
Z轴的进给，X轴的进给
圆弧插补的位置指令是正弦函数
2020/11/28
现代数控技术
4
2.指令值的修正
上述位置指令都是具有加速度的位置指令，其缺点就是没有对加 速度进行限制，而加速度就意味着冲击，这对传动系统是极为不 利的。
2020/11/28
现代数控技术
10
2020/11/28
现代数控技术
11
第四节. 闭环、半闭环进给伺服系统
一、 闭环（半闭环）进给伺服系统的结构和工作原理
1. 比较参考输入信号与输出（反馈）信号：输入信号是根据工件或刀具 期望位置由插补运算计算得到的，该信号作为输入信号送入控制单元， 并与反馈到控制单元的传感器输出信号相比较，其中传感器输出信号 代表工件或刀具的实际位置，比较后就得到工件或刀具实际位置相对 于期望位置的误差信号。
（2）闭环（半闭环）控制系统：从控制原理上讲，闭环和半闭环控 制没什么区别，半闭环控制是在电机输出轴上安装转速检测元件， 而闭环控制是除了安装转速检测元件之外，还要在机床上安装位 置检测元件。
2020/11/28
现代数控技术
2
2.闭环和半闭环控制系统的区别：
闭环系统为了测量直线进给运行，沿导轨移动方向 安装直线位移传感器，直接测量工作台的位移；而半 闭环系统则把角位移传感器安装滚珠丝杠端部，测量 其角位移，显然，这时传感器角位移的值不能反应滚 珠丝杠本身的行程误差和变形，以及滚珠丝杠副以后 传动链所产生的那部分工作台的位移误差。
指令值修正，就是要对加速度进行限制，经过限制后的进给速度 指令曲线中包含了匀加速上升和匀减速下降段，进给速度不存在 阶跃变化，加速度也被限制在± am之内，这种位置指令函数称为 加速度控制的位置指令函数。
2020/11/28
现代数控技术
5
第三节 开环伺服系统
一、开环数控系统的结构 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→ 进给系统），故系统稳定性好。
2020/11/28
现代数控技术
3
第二节 进给伺服系统中的位置指令信号
1.位置指令信号的函数规律
位置指令信号是通过插补得到的，所谓插补就是将数控 加工程序中指明的轮廓轨迹方程改写成相应的以时间t为 变量的参数方程，该参数方程所描述的就是各进给轴的 位置指令的函数规律。
对于直线插补，轨迹方程是x=kz，k为常数，其轨迹方 程等价于：
现代数控技术
14
二、闭环伺服系统的数学模型
现代数控技术
9
提高步进电机开环系统传动精度的措施
✓ 细分线路：就是把步进电机的一步分成多步，以减小步距角。 ✓ 反向间隙补偿：其原理是根据实际测得的传动间隙的大小，每
当出现反向时，用固定的脉冲数来进行补偿。 ✓ 混合伺服系统：在工作台上增加一个感应同步器，当出现误差，
感应同步器经过比较器得到增加或减少脉冲数量，从而消除误 差。其实质就是闭环系统的控制方法。
即进给脉冲频率f →定子绕组通电状态的变化频率f →步进电机转 子转速v →工作台进给速度v
3.工作台运动方向控制
当控制系统发出的进给脉冲是正向时，经驱动控制线路后，步进电 机的定子绕组按一定顺序依次通电、断电；
当控制系统发出的进给脉冲是反向时，经驱动控制线路后，步进电 机的定子绕组按反向顺序依次通电、断电；
CNC 插补指令
A相、B
脉冲频率f 脉冲个数n
换算
f、n
脉冲环 形分配
变换
相
功率
放大
C相、…
机械执行部件
电机
2020/11/28
现代数控技术
6
二、系统的工作原理
1.工作台的位移量的控制
数控机床控制系统发出N个进给脉冲，经驱动控制线路之后，变成 控制步进电机定子绕组通电、断电的电平信号变化次数N，使步进 电机定子绕组的通电状态变化N次。
要改变定子绕组的通电顺序，可改变进给脉冲方向。
2020/11/28
现代数控技术
8
提高步进电机开环伺服系统传动精度的措施
影响步进电机开环系机械传动部件的精度； ✓ 丝杆等机械传动部件、支承的传动间隙； ✓ 传动件和支承件的变形。
2020/11/28
2. 计算控制信号：依据控制理论，可为闭环（半闭环）系统设计适当的 控制算法，系统工作时，按控制算法对误差信号进行运算，得到控制 信号。（这个控制算法主要有比例、积分、微分及它们的组合）
2020/11/28
现代数控技术
12
3.控制信号送入驱动电源进行放大； 4.电源输出驱动电动机旋转，以减小误差直至为０； 5.达到期望位置；当工件相对于刀具或其他要求的实际关系与
期望关系相符合时，运动就停止。 6.从内存读入输入信号：从内存把下一个输入信号读入控制单
元，重复上述步骤。
2020/11/28
现代数控技术
13
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际位 置反馈
实际速 度反馈
检测与反馈单元
机械执行部件 电机
2020/11/28
即进给脉冲数N→定子绕组通电状态变化次数N →步进电机转子的 转角Φ →工作台位移量L.
2020/11/28
现代数控技术
7
2.工作台进给速度的控制
机床控制系统发出的进给脉冲频率f，经驱动控制线路后，表示为 控制步进电机定子绕组通断电的电平信号变化频率，也就是定子绕 组通电状态变化频率，而定子绕组通电状态的变化频率f决定了步 进电机转子的速度v，该转速v经丝杠、螺母后，体现为工作台的 进给速度v。
第七章 机床进给伺服系统的控制原理
内容提要
第一节 概述 第二节 进给伺服系统中的位置指令信号 第三节 开环伺服系统 第四节 闭环（半闭环）伺服系统
2020/11/28
现代数控技术
1
第一节 概述
1.数控机床进给运动伺服系统的分类和特点：
（1）开环控制系统：进给动力源是步进电机，一定的脉冲数量使进 给机构运动一定的位移量。没有位置检测元件和转速检测元件。 优点是结构简单，成本低；缺点是一旦产生误差，误差就会逐渐 积累，因此控制精度差。
直线插补的位置 指令为斜坡函数
z zt x k zt
z r sint x r cost
Z轴的进给，X轴的进给
圆弧插补的位置指令是正弦函数
2020/11/28
现代数控技术
4
2.指令值的修正
上述位置指令都是具有加速度的位置指令，其缺点就是没有对加 速度进行限制，而加速度就意味着冲击，这对传动系统是极为不 利的。
2020/11/28
现代数控技术
10
2020/11/28
现代数控技术
11
第四节. 闭环、半闭环进给伺服系统
一、 闭环（半闭环）进给伺服系统的结构和工作原理
1. 比较参考输入信号与输出（反馈）信号：输入信号是根据工件或刀具 期望位置由插补运算计算得到的，该信号作为输入信号送入控制单元， 并与反馈到控制单元的传感器输出信号相比较，其中传感器输出信号 代表工件或刀具的实际位置，比较后就得到工件或刀具实际位置相对 于期望位置的误差信号。
（2）闭环（半闭环）控制系统：从控制原理上讲，闭环和半闭环控 制没什么区别，半闭环控制是在电机输出轴上安装转速检测元件， 而闭环控制是除了安装转速检测元件之外，还要在机床上安装位 置检测元件。
2020/11/28
现代数控技术
2
2.闭环和半闭环控制系统的区别：
闭环系统为了测量直线进给运行，沿导轨移动方向 安装直线位移传感器，直接测量工作台的位移；而半 闭环系统则把角位移传感器安装滚珠丝杠端部，测量 其角位移，显然，这时传感器角位移的值不能反应滚 珠丝杠本身的行程误差和变形，以及滚珠丝杠副以后 传动链所产生的那部分工作台的位移误差。
指令值修正，就是要对加速度进行限制，经过限制后的进给速度 指令曲线中包含了匀加速上升和匀减速下降段，进给速度不存在 阶跃变化，加速度也被限制在± am之内，这种位置指令函数称为 加速度控制的位置指令函数。
2020/11/28
现代数控技术
5
第三节 开环伺服系统
一、开环数控系统的结构 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→ 进给系统），故系统稳定性好。
2020/11/28
现代数控技术
3
第二节 进给伺服系统中的位置指令信号
1.位置指令信号的函数规律
位置指令信号是通过插补得到的，所谓插补就是将数控 加工程序中指明的轮廓轨迹方程改写成相应的以时间t为 变量的参数方程，该参数方程所描述的就是各进给轴的 位置指令的函数规律。
对于直线插补，轨迹方程是x=kz，k为常数，其轨迹方 程等价于：
现代数控技术
14
二、闭环伺服系统的数学模型
现代数控技术
9
提高步进电机开环系统传动精度的措施
✓ 细分线路：就是把步进电机的一步分成多步，以减小步距角。 ✓ 反向间隙补偿：其原理是根据实际测得的传动间隙的大小，每
当出现反向时，用固定的脉冲数来进行补偿。 ✓ 混合伺服系统：在工作台上增加一个感应同步器，当出现误差，
感应同步器经过比较器得到增加或减少脉冲数量，从而消除误 差。其实质就是闭环系统的控制方法。
即进给脉冲频率f →定子绕组通电状态的变化频率f →步进电机转 子转速v →工作台进给速度v
3.工作台运动方向控制
当控制系统发出的进给脉冲是正向时，经驱动控制线路后，步进电 机的定子绕组按一定顺序依次通电、断电；
当控制系统发出的进给脉冲是反向时，经驱动控制线路后，步进电 机的定子绕组按反向顺序依次通电、断电；
CNC 插补指令
A相、B
脉冲频率f 脉冲个数n
换算
f、n
脉冲环 形分配
变换
相
功率
放大
C相、…
机械执行部件
电机
2020/11/28
现代数控技术
6
二、系统的工作原理
1.工作台的位移量的控制
数控机床控制系统发出N个进给脉冲，经驱动控制线路之后，变成 控制步进电机定子绕组通电、断电的电平信号变化次数N，使步进 电机定子绕组的通电状态变化N次。
要改变定子绕组的通电顺序，可改变进给脉冲方向。
2020/11/28
现代数控技术
8
提高步进电机开环伺服系统传动精度的措施
影响步进电机开环系机械传动部件的精度； ✓ 丝杆等机械传动部件、支承的传动间隙； ✓ 传动件和支承件的变形。
2020/11/28
2. 计算控制信号：依据控制理论，可为闭环（半闭环）系统设计适当的 控制算法，系统工作时，按控制算法对误差信号进行运算，得到控制 信号。（这个控制算法主要有比例、积分、微分及它们的组合）
2020/11/28
现代数控技术
12
3.控制信号送入驱动电源进行放大； 4.电源输出驱动电动机旋转，以减小误差直至为０； 5.达到期望位置；当工件相对于刀具或其他要求的实际关系与
期望关系相符合时，运动就停止。 6.从内存读入输入信号：从内存把下一个输入信号读入控制单
元，重复上述步骤。
2020/11/28
现代数控技术
13
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际位 置反馈
实际速 度反馈
检测与反馈单元
机械执行部件 电机
2020/11/28