加工中心的伺服與進(jìn)給系統(tǒng)

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:2682

一、主軸伺服系統(tǒng)

    隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)提出了越來(lái)越高的要求。如要求很寬的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào),恒功率的范圍要寬,要有四象限的驅(qū)動(dòng)能力。為滿足加工中心自動(dòng)換刀以及某些加工工藝的需要,要求主軸具有高精度的準(zhǔn)?刂频。主軸驅(qū)動(dòng)變速目前主要采用兩種形式一是主軸電動(dòng)機(jī)帶齒輪分段無(wú)級(jí)變速;二是主軸電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步齒形帶或皮帶驅(qū)動(dòng)主軸,該類主軸電動(dòng)機(jī)又稱寬域電動(dòng)機(jī)或強(qiáng)切削電動(dòng)機(jī),具有恒功率寬的特點(diǎn)。主軸的準(zhǔn)?刂品謾C(jī)械準(zhǔn)停與電氣準(zhǔn)停,目前國(guó)內(nèi)外中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準(zhǔn)?刂。

⑴ 直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

    直流主軸驅(qū)動(dòng)多采用晶閘管調(diào)速方式,直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)是由速度環(huán)和電流環(huán)構(gòu)成的雙環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)控制直流主軸電動(dòng)機(jī)的電樞電壓,主軸電動(dòng)機(jī)采用他勵(lì)式電動(dòng)機(jī),勵(lì)磁繞組與電樞繞組相互獨(dú)立。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)淖钚≈档筋~定值,保持勵(lì)磁電流不變,實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速,屬于恒轉(zhuǎn)矩控制;從額定值到最大值,勵(lì)磁電流減小,實(shí)現(xiàn)調(diào)磁調(diào)速,屬恒功率控制。

⑵ 交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

    隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)多采用主軸電動(dòng)機(jī)配變頻器的控制方式。電網(wǎng)端逆變器由六只晶閘管組成的三相橋式全控整流電路組成,該電路可工作在整流狀態(tài),向中間電路直接供電,也可工作在逆變狀態(tài),完成能量反饋電網(wǎng)的任務(wù)負(fù)載端逆變器由帶反并聯(lián)續(xù)流二極管的六只功率晶體管組成。通過(guò)磁場(chǎng)計(jì)算機(jī)的控制,負(fù)載端逆變器輸出三相正弦脈寬調(diào)制(PWM)電壓,使電動(dòng)機(jī)獲得所需的轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流。輸出的三相 PwM 電壓幅值范圍為。0~430v ,頻率調(diào)節(jié)范圍。0~300Hz 。在反饋制動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)能量通過(guò)變流器的六只續(xù)流二極管向電容器充電,當(dāng)電容器上的電壓超過(guò)600V時(shí),通過(guò)控制調(diào)節(jié)器和電網(wǎng)端逆變器把電容器上的能量返回電網(wǎng)。

二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)

⑴ 脈寬調(diào)制方式進(jìn)給伺服系統(tǒng)

    脈寬調(diào)制方式(PWM)調(diào)速是利用脈寬調(diào)制器對(duì)大功率晶體管的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制。將速度控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓,加到直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞兩端,通過(guò)方波寬度的控制,改變電樞兩端的平均電壓,達(dá)到控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

    數(shù)控系統(tǒng)的 CPU 發(fā)出信號(hào)經(jīng)插補(bǔ)器輸出一系列脈沖信號(hào),這些脈沖經(jīng)過(guò)指令倍率器 CMR后,與位置反饋脈沖相比較所得的差值,送到誤差寄存器,然后與位置增益和偏移量補(bǔ)償運(yùn)算后送PWM進(jìn)行脈寬調(diào)制,隨后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換或模擬電壓,作為速度控制信號(hào)VCMD送到速度控制單元。脈沖編碼器發(fā)出的脈沖經(jīng)斷線檢查器確認(rèn)無(wú)信號(hào)斷線后,送到鑒相器,對(duì)兩組脈沖PA、PB進(jìn)行鑒相,確定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。從鑒相器出來(lái)的一路信號(hào)經(jīng)F/V變換,作為速度反饋信號(hào)TSA;另一路輸出經(jīng)檢測(cè)倍頻器DMR,作為位置反饋信號(hào)。參考點(diǎn)計(jì)數(shù)器及一轉(zhuǎn)信號(hào)PC用于柵格法回參考點(diǎn)的操作。

⑵ 交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)

    直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)雖有優(yōu)良的調(diào)速功能,但由于所用電動(dòng)機(jī)有電刷和換向器,易磨損,且換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花,從而使電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受到限制。另外,直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難,所用銅鐵材料消耗大,制造成本高,而交流電動(dòng)機(jī)卻沒(méi)有這些缺點(diǎn)。近 20 年來(lái),隨著新型大功率電力器件的出現(xiàn),新型變頻技術(shù)、現(xiàn)代控制理論以及微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)等在實(shí)際應(yīng)用中取得了突破勝的進(jìn)展,促進(jìn)了交流進(jìn)給伺服技術(shù)的飛速發(fā)展,交流進(jìn)給伺服系統(tǒng)已全面取代了直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)。由于交流伺服電動(dòng)機(jī)采用交流永磁式同步電動(dòng)機(jī),因此,交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)電子換向的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。

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