模块三数控机床电气控制：课件.

半闭环位置检测方式一般将位置检测元件安装在电动 机的轴上（通常已由电动机生产厂家装好），用以精 确控制电动机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动机构， 将电动机的角度变化转换成工作台的直线位移。在精 度要求适中的中、小型数控机床上半闭环控制得到了 广泛的应用。
半闭环方式的优点是它的闭环环路短（不包括传动机械），因 而系统容易达到较高的位置增益，不发生振荡现象，它的快速性也 好，动态精度高，传动机构的非线性因素对系统的影响小。但如果 传动机构的误差过大或误差不确定，则数控系统难以补偿。因此要 进一步提高精度，只有采用全闭环控制方式。
图3-15 进给驱动装置的基本接口（以SH－50806A五相步进驱动器为例）


进给驱动装置的接口按功能的不同，可分为： 指令接口、控制接口、状态接口、安全互锁接口、通 讯接口、显示接口等。


1．电源接口 进给驱动装置的电源一般分为动力电源和逻辑电路电源， 对于交流伺服进给驱动装置，还需要控制电源。 动力电源是指进给驱动装置用于变换以驱动电动机运行的 电源； 逻辑电路电源是指进给驱动装置的开关量、模拟量等逻辑 接口电路工作或电平匹配的电源，一般为直流24V，也有 采用直流12V或5V； 控制电源是指进给驱动装置自身的控制板卡，面板显示等 内部电路工作用的电源，一般为单相，电压与动力电源相 同，对于步进驱动装置，该部分电源与动力电源共用。

（2）直流电动机进给驱动系统 大惯量直流电动机具有良好的宽调速特性，其输出转 矩大，过载能力强。由于电动机自身惯量较大，与机 床传动部件的惯量相当，因此，所构成的闭环系统安 装在机床上，几乎不需再做调整（只要安装前调整 好），使用十分方便。


（3）交流电动机进给驱动系统 目前已逐渐取代了直流伺服电动机。交流伺服电动机 与直流伺服电动机相比最大的优点在于它不需要维护， 制造简单，适合于在恶劣环境下工作。 交流伺服电动机有交流同步电动机与异步电动机两大 类。大多数交流进给驱动系统采用永磁式同步电动机。 永磁式同步电动机主要由三部分组成，即定子、转子 和检测元件。



闭环控制一般采用伺服电动机作为驱动元件， 可以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。 半闭环控制一般将检测元件安装在伺服电动机的非输 出轴端，伺服电动机角位移通过滚珠丝杠等机械传动 机构转换为数控机床工作台的直线或角位移。 全闭环控制是将位置检测元件安装在机床工作台或某 些部件上，以获取工作台的实际位移量。 混合闭环控制则采用半闭环控制和全闭环控制结合的 方式。
图3-12 半闭环控制的进给驱动系统

全闭环方式直接从机床的移动部件上获取位置的实际 移动值，因此其检测精度不受机械床的刚性，改善滑 动面的摩擦特性，减小传动间隙，这样才有可能提高 位置增益。全闭环方式主要应用在精度要求较高的大 型数控机床上。


混合闭环方式采用半闭环与全闭环结合的方式。它利用半 闭环所能达到的高位置增益，从而获得了较高的速度与良 好的动态特性，又利用全闭环补偿半闭环无法修正的传动 误差，从而提高了系统的精度。 混合闭环方式适用于重型、超重型数控机床，因为这些机 床的移动部件很重，设计时提高刚性较困难。

三、华中世纪星HNC-21/22数控系统与进给驱动装置 的连接 在数控机床上进给驱动装置根据来自CNC的指令，控 制电动机按指令运行，以满足数控机床工作的要求。 因此进给驱动装置至少要求具备工作电源接口、接收 CNC或其他设备指令以及控制电动机运行的接口，这 些是最基本的接口。

2．按有无检测元件和反馈环节分类 按有无检测元件和反馈环节，可分为开环、闭环控制 两类。开环控制与闭环控制的主要区别为是否采用了 位置和速度检测反馈元件组成反馈系统。
开环控制一般采用步进电动机作为驱动元件，没有 位置和速度反馈控制回路，从而简化了线路，设备 投资低，调试维修都很方便，但它的进给速度和精 度都较低，一般应用于经济型数控机床及普通的机 床改造。
任务二： 华中世纪星HNC-2l/22进给驱动控制实 现



任务的学习目标 1．熟悉步进电机运行原理及其驱动系统的连接； 2．能根据交流伺服系统运行原理对其驱动系统进行 连接；


理论与技能要点 一、数控机床对进给驱动系统的要求 根据不同的控制方式，进给伺服分为开环控制与闭环控制两类 开环控制常采用步进电机作为驱动元件，它不需要由位置和速度检测 元件组成反馈检测回路。 闭环控制采用伺服电机作为驱动元件，根据位置检测元件所处在数控 机床不同的位置


二、进给驱动系统的分类 1．按执行元件的类别分类 按执行元件的类别，可分为步进电动机、直流电动机、 交流电动机进给驱动系统。 （1）步进电动机进给驱动系统 步进电动机驱动系统选用功率型步进电动机作为驱动 元件。它主要有反应式和混合式两类。反应式价格较 低，混合式价格较高，但混合式步进电动机的输出力 矩大，运行频率及升降速度快，因而性能更好。


闭环可以分为半闭环控制、全闭环控制和混合闭 环控制。 半闭环控制一般将检测元件安装在伺服电机的非 输出轴端，伺服电机角位移通过滚珠丝杠等机械 传动机构转换为数控机床工作台的直线位移。 全闭环控制是将位置检测元件安装在机床工作台 或某些部件上，以获取工作台的实际位移量。 混合闭环控制则采用半闭环控制和全闭环控制结 合的方式。


交流进给伺服电机一般为永磁式同步电机，电动机主 要由三部分组成，即：定子、转子和检测元件。其中 定子由定子冲片、三相绕组线圈、支撑转子前后端盖 和轴承等组成。 伺服电机的转子主要由多对极的磁钢、转子冲片和电 动机轴构成。




数控机床对进给伺服驱动系统一般有以下几点要求： 1．进给伺服驱动系统要具有快速性（即过度时间短） 的特点，从零速到设定速度的时间小于200ms。 2．进给伺服驱动系统要具有较宽的调速范围，以适 合不同零件、不同工艺的要求。 3．进给伺服驱动系统要具有较强的过载能力，在低 速切削时保持恒转矩，无爬行现象。 4．进给伺服驱动系统精度一般为1μm 或0.1μm。 5．进给伺服驱动系统要有高可靠性。