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數(shù)控機床的驅(qū)動與控制系統(tǒng)(編輯修改稿)

2025-09-12 02:07 本頁面

　

【文章內(nèi)容簡介】，它所測量的不是一段距離的變化量，而是通過檢測，確定是否已到達某一位置。因此，它不需要產(chǎn)生連續(xù)變化的模擬量，只需要產(chǎn)生能反映某種狀態(tài)的開關(guān)量即可。這種檢測元件常用于數(shù)控機床更換刀具、工件或工作臺到位或行程限制等輔助機能的信號檢測。三、位置檢測元件 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 39 39 位置檢測元件分為接觸式和接近式兩種。接觸式位置檢測元件必須與被測物接觸才能產(chǎn)生信號，如微動開關(guān) 、行程開關(guān)等，而接近式無需直接接觸，檢測元件與被測物之間通過光電、電磁或超聲波等獲得信號，如電磁式接近開關(guān) 。接觸式可靠性高、壽命有限，用于限位接近式無磨損、壽命長。三、位置檢測元件 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 40 40 數(shù)控機床常用的幾種位置檢測元件 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 41 41 伺服驅(qū)動裝置（一）概述伺服系統(tǒng) 是以機械位置或角度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。伺服驅(qū)動電路伺服驅(qū)動裝置(電機 ) 機械傳動機構(gòu) 執(zhí)行部件 CNC 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 42 42 伺服驅(qū)動裝置（一）概述在數(shù)控機床中， CNC控制器經(jīng)過插補運算生成的進給脈沖或進給位移量指令輸入到伺服系統(tǒng) ，由伺服驅(qū)動電路經(jīng)變換和傳遞放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置和機械傳動部件，驅(qū)動機床的工作臺，主軸頭架等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給和快速運動，轉(zhuǎn)化為機床機械部件高精度運動。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 43 43 伺服驅(qū)動裝置（一）概述伺服系統(tǒng)既是數(shù)控機床控制器與刀具、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié) ．又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié) ，它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機床的性能。因此．伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機床的關(guān)鍵技術(shù)之一。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 44 44 （二）伺服系統(tǒng)的基本技術(shù)要求精度高伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。作為數(shù)控加工，對定位精度和輪廓加工精度要求都比較高，定位精度一般為，甚至。穩(wěn)定性好穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài) 。對伺服系統(tǒng)要求有較強的抗干擾能力，保證進給速度均勻、平穩(wěn) 。穩(wěn)定性直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 45 45 （二）伺服系統(tǒng)的基本技術(shù)要求能夠快速響應(yīng) 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，要求伺服系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。調(diào)速范圍寬不僅能滿足低速切削進給要求，如5mm/min，還要求滿足高速進給要求，如20220 mm/min。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 46 46 （三）伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展概況在 50年代，數(shù)控機床主要采用液壓驅(qū)動，稱為液壓伺服系統(tǒng) ，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是剛性好，時間常數(shù)小。 60年代初，在日本首次推出了步進電機開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng) ，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，使用維修方便，所以在數(shù)控設(shè)備中被廣泛采用 . 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的精度、速度等性能指標要求更高，輸出功率要求更大，而步進電機開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)不能滿足要求。 70年代，直流電機伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制，精度提高一個數(shù)量級，調(diào)速范圍可達 1： 10000，運行速度提高到 1524m/min。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 47 47 （三）伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展概況直流電機伺服系統(tǒng)的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。在 80年代以后，微機和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，為交流電機伺服系統(tǒng)的調(diào)速控制提供了條件，伺服系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)逐漸取代了直流伺服驅(qū)動系統(tǒng) 。據(jù)國外資料統(tǒng)計： 1975年，直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)占 80%，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)占 20%；1985年，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)占 80%，直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)占 20%。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 48 48 （四）數(shù)控機床對伺服電動機的要求為了滿足數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求，對電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)的執(zhí)行元件 ——伺服電動機也必須有較高的要求； ① 電動機從最低進給速度到最高進給速度范圍內(nèi)都能平滑地運轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)速波動要小，尤其在最低速度轉(zhuǎn)速時，如／ min或更低轉(zhuǎn)速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 ② 電動機應(yīng)具有大的、較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。例如，電動機能在數(shù)分鐘內(nèi)過載 4－ 6倍而不損壞。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 49 49 （四）數(shù)控機床對伺服電動機的要求 ③ 為了滿足快速響應(yīng)的要求，即隨著控制信號的變化，電動機應(yīng)能在較短時間內(nèi)完成必須的動作。快的反應(yīng)速度直接影響到系統(tǒng)的品質(zhì) 。因此，要求電動機必須具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，盡可能小的電動機時間常數(shù)和起動電壓。 ④ 電動機應(yīng)能承受頻繁的起動、制動和反轉(zhuǎn) 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 50 主軸電機帶制動器伺服電機伺服電機刀庫刀具定位電機機械手旋轉(zhuǎn)定位電機 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 51 51 （五）常用伺服電動機常用的伺服執(zhí)行元件主要有 : ? 直流伺服電動機 ? 交流伺服電動機 ? 步進電動機 ? 直接驅(qū)動電動機 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 52 52 步進電動機步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的電磁裝置。由于所用電源是脈沖電源，所以也稱為脈沖馬達。步進電機是一種特殊的電機，一般電機通電后連續(xù)旋轉(zhuǎn) ，而步進電機則跟隨輸入脈沖按節(jié)拍一步一步地轉(zhuǎn)動。對步進電機施加一個電脈沖信號時，步進電機就旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，稱為一步。每一步所轉(zhuǎn)過的角度叫做步距角。步進電機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格地成正比例，在時間上與輸入脈沖同步。因此，只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率、及電機繞組通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。 2022/9/7 第四章數(shù)控機床的檢測與驅(qū)動系統(tǒng) 53 53 步進電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理通過被勵磁的定子的電磁力吸引轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)矩。即電磁作用原理。例如：三相反應(yīng)式步進電動機

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