数控机床伺服驱动系统

参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/6dc3505e89715b411038c2a 8.html数控机床中的伺服驱动系统取代了传统机床的机械传动，是数控机床的重要特征之一，因此在一定意义上，伺服驱动系统的性能和可靠性决定了整台数控机床的性能和可靠性。

位置伺服驱动系统是由驱动系统与ＣＮＣ系统中的位置控制部分构成的。

数控机床的驱动系统主要有两种：主轴驱动系统和进给驱动系统。

从作用看，前者控制机床主轴旋转运动，后者控制机床各坐标的进给运动。

不论是主轴驱动系统还是进给驱动系统，从电气控制原理来分都可分为直流驱动和交流驱动系统。

直流驱动系统在２０世纪７０年代初至８０年代中期占据主导地位，这是由于直流电动机具有良好的调速性能，输出力矩大，过载能力强，精度高，控制原理简单，易于调整等。

随着微电子技术的迅速发展，加之交流伺服电动机材料、结构及控制理论有了突破性的进展，又推出了交流驱动系统，标志着新一代驱动系统的开始。

由于交流驱动系统保持了直流驱动系统的优越性，而且交流电动机维护简单，便于制造，不受恶劣环境影响，所以目前直流驱动系统已逐步被交流驱动系统所取代。

一、主轴驱动系统数控机床要求主轴在很宽的范围内转速连续可调，恒功率范围宽。

当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，就要对主轴提出相应的速度控制和位置控制要求。

１．直流主轴驱动系统由于直流调速性能的优越性，直流主轴电动机在数控机床的主轴驱动中得到广泛应用，主轴电动机驱动多采用晶闸管调速的方式。

（１）工作原理数控机床直流主轴电动机由于功率较大，且要求正、反转及停止迅速，故驱动装置通常采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统，这样在制动时，除了缩短制动时间外，还能将主轴旋转的机械能转换成电能送回电网。

１）主电路图６－９为三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统的主电路，逻辑无环流可逆系统是利用逻辑电路，使一组晶闸管在工作时，另一组晶闸管的触发脉冲被封锁，从而切断正、反两组晶闸管之间流通的电流。

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。

数控系统伺服驱动器接线及参数设定数控系统是一种将数字信号转化为机电信号控制机床动作的系统，其中伺服驱动器是数控系统的重要组成部分。

接下来将详细介绍数控系统伺服驱动器接线及参数设定的相关内容。

一、数控系统伺服驱动器接线1.电源接线：伺服驱动器需要接入适配的电源，以提供稳定的电源电压。

通常有三种常用的电源接线方式：单相220V接线、三相380V接线、单相220V与三相380V混合接线。

-单相220V接线：适用于功率较小的伺服驱动器。

通常需要连接L、N和G三根导线，L为火线，N为零线，G为地线。

-三相380V接线：适用于功率较大的伺服驱动器。

通常需要连接主线和辅助线。

主线有三根导线：R、S、T分别为三相电的火线，辅助线为PE 线，用于连接设备的接地线。

-单相220V与三相380V混合接线：适用于一些特殊场合，需根据具体情况进行接线。

2.控制信号接线：伺服驱动器需要接收数控系统发出的控制信号，以控制机床的动作。

通常有以下几个常用的控制信号接线方式：-脉冲信号接线：通常需要连接PUL+、PUL-、DIR+和DIR-四个接口。

PUL+为脉冲信号正极，PUL-为脉冲信号负极，DIR+为方向信号正极，DIR-为方向信号负极。

-使能信号接线：通常需要连接ENA+和ENA-两个接口。

ENA+为使能信号正极，ENA-为使能信号负极，当ENA+处于高电平时，伺服驱动器处于使能状态。

-报警信号接线：通常需要连接ALM+和ALM-两个接口。

当伺服驱动器发生故障或异常情况时，会产生报警信号，通过连接报警信号接口，可以及时响应故障并采取相应的措施。

二、数控系统伺服驱动器参数设定伺服驱动器的参数设定是为了使其能够更好地适应具体的机床加工需求，提高加工精度和效率。

1.速度参数设定：包括加速时间、减速时间、最大速度等参数的设定。

通过合理设定速度参数，可以控制机床的加工速度，以满足不同工件加工的需求。

2.位置参数设定：包括回零速度、回零位置、绝对位置、相对位置等参数的设定。

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。

数控机床伺服系统的分类及其应用要求数控机床伺服系统又称为位置随动系统,简称为伺服系统。

数控机床伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构，在许多自动化控制领域广泛应用。

数控机床伺服系统的种类繁多、技术原理各具特色，这对其应用带来很大的困扰，本文就数控机床伺服系统的分类及其应用要求做简单介绍。

一、数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统;按其控制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交流伺服驱动系统。

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转矩。

主轴驱动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。

一般地，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小、调节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。

对于主轴驱动系统，主要关心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围。

2.开环控制和闭环控制数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的控制结构，即开环控制和闭环控制，如图5--1所示。

由此形成位置开环控制系统和位置闭环控制系统。

闭环控制系统又可根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控制系统和全闭环伺服驱动控制系统。

若位置检测装置安装在机床的工作台上，构成的伺服驱动控制系统为全闭环控制系统;若位置检测装置安装在机床丝杠上，构成的伺服驱动控制系统则为半闭环控制系统。

现代数控机床的伺服驱动多采用闭环控制系统。

开环控制系统常用于经济型数控或老设备的改造。

3.直流伺服驱动与交流伺服驱动70年代和80年代初，数控机床多采用直流伺服驱动。

直流大惯量伺服电机具有良好的宽调速性能，输出转矩大，过载能力强，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。