数控系统及伺服驱动系统
- 格式:ppt
- 大小:991.00 KB
- 文档页数:15
什么是伺服驱动系统?伺服驱动系统的基本概念及其组成分类伺服驱动系统是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统,例如数控机床等。
伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量(机电系统中的伺服电机的转动惯量较大,为了能够和丝杠等机械部件直接相连,也为了得到极高的响应速度,伺服电机有一种专门的小惯量电机。
但这类电机的过载能力低,当使用在进给伺服系统中时,必须加减速装置。
转动惯量反映了系统的加速度特性,在选择伺服电机时,系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。
)较大等特点,这类专用的电机称为伺服电机。
当然,其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。
该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元,有时简称为伺服,一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。
伺服驱动系统的基本概念伺服系统是数控机床的重要组成部分,是连接数控装置(计算机)和机床之间的关键桥梁,伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的性能,如数控机床的定位精度、跟踪精度、最高移动速度等重要指标。
建议我们先来学习一些基础概念,再学习各种进给伺服系统的控制方式。
深刻理解掌握这部分知识,会对更好的学习后面的数控加工工艺有一定的帮助。
1、进给伺服系统
(1)组成
进给伺服系统是以机床移动部件(如工作台)的位置和速度作为控制量的自动控制系统,通常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执行部件组成。
见图1所示。
(2)作用
接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号,由伺服驱动装置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。
数控系统伺服驱动器接线及参数设定数控系统是一种实现数控机床运动控制的系统,它通过数控程序控制伺服驱动器驱动电机实现机床各轴的精确定位和运动控制。
正确的接线和参数设定对于数控系统的稳定运行和良好性能至关重要。
一、数控系统伺服驱动器接线1.电源线接线:将电源线的两根火线分别接入伺服驱动器的AC1和AC2端口,将零线接入伺服驱动器的COM端口。
2.电动机线接线:将电动机的三根相线分别接入伺服驱动器的U、V、W端口,注意保持相序正确。
3.编码器线接线:将编码器的信号线分别接入伺服驱动器的A相、B相和Z相端口,注意保持对应关系。
4.I/O信号线接线:将数控系统的输入信号线分别接入伺服驱动器的I/O端口,将数控系统的输出信号线分别接入伺服驱动器的O/I端口。
二、数控系统伺服驱动器参数设定伺服驱动器的参数设定包括基本参数设定和运动参数设定。
1.基本参数设定:包括电源参数设定、电机参数设定和编码器参数设定。
-电源参数设定:设置电源电压和频率等基本参数,确保电源供电稳定。
-电机参数设定:设置电机类型、额定电流、极数等参数,确保驱动器与电机匹配。
-编码器参数设定:设置编码器型号、分辨率等参数,确保编码器信号精确反馈。
2.运动参数设定:包括速度参数设定、加速度参数设定和位置参数设定。
-速度参数设定:设置速度环的比例增益、积分增益和速度限制等参数,确保速度控制精度。
-加速度参数设定:设置加速度环的比例增益、积分增益和加速度限制等参数,确保加速度控制平稳。
-位置参数设定:设置位置环的比例增益、积分增益和位置限制等参数,确保位置控制准确。
3.其他参数设定:包括滤波参数设定、限位参数设定和插补参数设定等。
-滤波参数设定:设置滤波器的截止频率和衰减系数等参数,确保驱动器与电机的振动减小。
-限位参数设定:设置限位开关的触发逻辑和触发动作等参数,确保机床在限位时及时停止。
-插补参数设定:设置插补周期、插补梯度和插补速度等参数,确保插补运动的平滑与快速。
数控英才网转载:在数控机床上,伺服调控系统是其不可缺少的一部门。
其任务是把数控信息转化为机床进给运动,从而实现精准控制。
卧式数控机床由CNC控制器,伺服驱动及电机、电器柜和数控机床的机架四部门组成。
模拟伺服用途单一,只接收模拟信号,位置控制通常由上位机实现。
配有数字接口,改变工作方式、更换电念头规格时,只需重设代码即可,故也称万能伺服。
具有较丰硕的自诊断、报警功能。
在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统,有三种类型:模拟形式、数字形式和软件形式。
交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位,并跟着新技术的发展而不断完善,详细体现在三个方面。
直接影响数控加工的精度和表面粗拙度;快速响应,快速响应是伺服系统动态品质的重要指标,它反映了系统的跟踪精度;调速范围宽,其调速范围可达0—30m/min;低速大转矩,进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制,在整个速度范围内都要保持这个转矩,主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制,能提供较大转矩,在高速时为恒功率控制,具有足够大的输出功率。
其工作原理是:通过CNC内配置的专用编程软件,将加工零件的的轨迹用坐标的方式表达出来,把这些信息转化成能使驱动伺服电机的带有功率的信号(脉冲串),控制伺服电机带动相应轴来实现运动轨迹。
一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展,智能化功率模块得到普及与应用;二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟,将促进提高前辈控制算法的应用;三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟,将使基于网络的伺服控制成为可能。
因为数控机床对产品加工时要求高,所以采用的伺服控制系统十分枢纽。
其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。
作为数控机床的重要功能部件,伺服系统是影响系统加工机能的重要指标。
目前在机床行业,海内外众多厂商都有该行业的伺服产品,其中国外的西门子、博世力士乐,海内的东能、汇川、台达等产品在2011年的市场表现较好。
数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统;按控制原理和有无检测反馈环节分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统;按使用的执行元件分为电液伺服系统和电气伺服系统。
1.按用途和功能分:(1)进给驱动系统:是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统,控制机床各坐标轴的切削进给运动,并提供切削过程所需的力矩。
主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。
进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。
(2)主轴驱动系统:用于控制机床主轴的旋转运动,为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围;它只是一个速度控制系统。
2.按使用的执行元件分:(1)电液伺服系统其伺服驱动装置是电液脉冲马达和电液伺服马达。
其优点是在低速下可以得到很高的输出力矩,刚性好,时间常数小、反应快和速度平稳;其缺点是液压系统需要供油系统,体积大、噪声、漏油等。
(2)电气伺服系统其伺服驱动装置伺服电机(如步进电机、直流电机和交流电机等)。
其优点是操作维护方便,可靠性高。
其中,1)直流伺服系统其进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机;主运动系统采用他激直流伺服电机。
其优点是调速性能好;其缺点是有电刷,速度不高。
2)交流伺服系统其进给运动系统采用交流感应异步伺服电机(一般用于主轴伺服系统)和永磁同步伺服电机(一般用于进给伺服系统)。
优点是结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作;动态响应好、转速高和容量大。
3.按控制原理分(1)开环伺服系统系统中没有位置测量装置,信号流是单向的(数控装置→进给系统),故系统稳定性好。
开环伺服系统的特点:1. 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。
2. 无位置反馈,精度相对闭环系统来讲不高,机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。
步进电机步距误差,齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上,影响零件的精度。
伺服驱动系统的分类数控机床的伺服驱动系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统;按其掌握原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统;按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。
电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统和沟通伺服驱动系统。
1.进给驱动与主轴驱动进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的掌握系统,掌握机床各坐标轴的切削进给运动,并供应切削过程所需的转矩。
主轴驱动掌握机床主轴的旋转运动,为机床主轴供应驱动功率和所需的切削力。
一般地,对于进给驱动系统,主要关怀它的转矩大小、调整范围的大小和调整精度的凹凸,以及动态响应速度的快慢。
对于主轴驱动系统,主要关怀其是否具有足够的功率、宽的恒功率调整范围及速度调整范围。
2.开环掌握和闭环掌握数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的掌握结构,即开环掌握和闭环掌握。
由此形成位置开环掌握系统和位置闭环掌握系统。
闭环掌握系统又可依据位置检测装置在机床上安装的位置不同,进一步分为半闭环伺服驱动掌握系统和全闭环伺服驱动掌握系统。
若位置检测装置安装在机床的工作台上,构成的伺服驱动掌握系统为全闭环掌握系统;若位置检测装置安装在机床丝杠上,构成的伺服驱动掌握系统则为半闭环掌握系统。
现代数控机床的伺服驱动多采纳闭环掌握系统。
开环掌握系统常用于经济型数控或老设备的改造。
3.直流伺服驱动与沟通伺服驱动直流大惯量伺服电机具有良好的宽调速性能,输出转矩大,过载力量强,而且,由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当,构成闭环后易于调整。
而直流中小惯量伺服电机及其大功率晶体管脉宽调制驱动装置,比较适应数控机床对频繁启动、制动,以及快速定位、切削的要求。
但直流电机一个最大的特点是具有电刷和机械换向器,这限制了它向大容量、高电压、高速度方向的进展,使其应用受到限制。
进入1980年月,在电机掌握领域沟通电机调速技术取得了突破性进展,沟通伺服驱动系统大举进入电气传动调速掌握的各个领域。