任务二 交流伺服驱动系统的电路设计、 驱动器的安装与接线 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 任务二 交流伺服驱动系统的电路设计、 驱动器的安装与接线
教学目标 知识目标 1.了解伺服系统的基本概念； 2.熟悉数控机床常用的位置检测元件和交流伺服电机： 3.熟悉FANUC Oi mate TC交流伺服驱动系统的接口布局： 一 4.掌握各接口的编号与作用： 5.掌握各接口与数控系统其他功能部件的连接方法。 技能目标 -1.熟悉FANUC Oi mate TC交流伺服驱动系统的接口布局； 2.掌握各接口与数控系统其他功能部件的连接方法； 3.能读懂机床电气原理图并熟悉实训装置的实际接线。 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 • 知识目标 – 1．了解伺服系统的基本概念； – 2．熟悉数控机床常用的位置检测元件和交流伺服电机； – 3．熟悉FANUC 0i mate TC交流伺服驱动系统的接口布局； – 4．掌握各接口的编号与作用； – 5. 掌握各接口与数控系统其他功能部件的连接方法。 • 技能目标 – 1. 熟悉FANUC 0i mate TC交流伺服驱动系统的接口布局； – 2. 掌握各接口与数控系统其他功能部件的连接方法； – 3. 能读懂机床电气原理图并熟悉实训装置的实际接线。 教学目标
数控机床伺服系统概述 如果说数控装置是数控机床的 “大脑 是发布命令的指挥机构， 那么 伺服系统就是数控机床的“四肢 是执行机构，它忠实而准确地执行 控制数控机床部件的速度和位移，加虹 稳定性 新擅昏臀香繁统Se累黑玩是紫能置和速度为控 通常数控机床伺服系统是指进给伺服系统，它是数控系统和机床机械传动 件的连接环节 首动控制等方面的内 量统捕或项玲 生成的进给脉冲 变换 yn士 接发映机床坐标轴银踪动霜令和实际定位性能。 另外当要求机床有螺纹加工、准停和恒线速加工等功能时，就对主轴提出 了相应的位置控制要求，此时主轴驱动控制系统可称为主轴伺服系统。 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 一 . 数控机床伺服系统概述 • 如果说数控装置是数控机床的“大脑”，是发布命令的指挥机构，那么， 伺服系统就是数控机床的“四肢”，是执行机构，它忠实而准确地执行由 数控装置发出的运动命令，控制数控机床运动部件的速度和位移，加工出 所需工件的外形和尺寸。伺服系统的性能是影响数控机床的精度、稳定性、 可靠性、加工效率等方面的重要因素。 • 数控机床伺服系统（Servo System）是以机床移动部件的位置和速度为控 制量的自动控制系统，又称随动系统、拖动系统或伺服机构。 • 通常数控机床伺服系统是指进给伺服系统，它是数控系统和机床机械传动 部件的连接环节，是数控机床的重要组成部分，包含机械传动、电气驱动、 检测、自动控制等方面的内容。在数控机床上，伺服驱动系统接收来自数 控系统插补装置或插补软件生成的进给脉冲指令，经过一定的信号变换及 电压、功率放大，将其精确转化为机床工作台相对于切削刀具的运动，直 接反映机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。 • 另外当要求机床有螺纹加工、准停和恒线速加工等功能时，就对主轴提出 了相应的位置控制要求，此时主轴驱动控制系统可称为主轴伺服系统
1数控机床伺服系统的分类 (1)按调节理论分类：可分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环 同服系统。 (2)按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类：可分为直流伺服 系统和交流伺服系统。 (3)按进给驱动和主轴驱动分类：可分为进给伺服系统和主轴伺服系 统。进给伺服系统是指一般概念的伺服系统，包括速度控制环和 位置控制环。而主轴伺服系统一般是指主轴驱动控制，满足主轴 调速及正、反转功能即可。此外，刀库的位置控制是为了在刀库 的不同位置选择刀具，与进给坐标轴的位置控制相比，性能要低 得多，故称为简易位置伺服系统。 (4)按反馈比较控制方式分类：可分为脉冲比较伺服系统、相位比较 伺服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统。从位置控制的 角度看，开环控制不需要位置检测与反馈；闭环和半闭环控制需要 有位置检测与反馈环节，它们是基于反馈控制原理工作的。 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 1.数控机床伺服系统的分类 （1）按调节理论分类:可分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环 伺服系统。 （2）按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类:可分为直流伺服 系统和交流伺服系统。 （3）按进给驱动和主轴驱动分类:可分为进给伺服系统和主轴伺服系 统。进给伺服系统是指一般概念的伺服系统，包括速度控制环和 位置控制环。而主轴伺服系统一般是指主轴驱动控制，满足主轴 调速及正、反转功能即可。此外，刀库的位置控制是为了在刀库 的不同位置选择刀具，与进给坐标轴的位置控制相比，性能要低 得多，故称为简易位置伺服系统。 （4）按反馈比较控制方式分类:可分为脉冲比较伺服系统、相位比较 伺服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统。从位置控制的 角度看，开环控制不需要位置检测与反馈;闭环和半闭环控制需要 有位置检测与反馈环节，它们是基于反馈控制原理工作的
2.伺服系统的组成 闭环伺服系统 由伺服电动称 寵智速宽貜餐鑫 發松爱疆着成由数拉菜统年的位置、位置松测装叠 在位置控制中 根据插补运算得到的位置指令 (即一串脉 冲或二进制数据 立置检测装置反馈来自 机床坐标轴 的实际位置相比较 形成位置偏差 经变换得到速度给定 在速度控制中 定电压和 速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行控制， 以 驱动机床传动部件。 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 2.伺服系统的组成 • 闭环伺服系统一般由位置环和速度环组成。内环是速度环， 由伺服电动机、伺服驱动装置、测速装置及速度反馈组成; 外环是位置环，由数控系统中的位置控制、位置检测装置 及位置反馈组成。 • 在位置控制中，根据插补运算得到的位置指令（即一串脉 冲或二进制数据），与位置检测装置反馈来的机床坐标轴 的实际位置相比较，形成位置偏差，经变换得到速度给定 电压。在速度控制中，伺服驱动装置根据速度给定电压和 速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行控制，以 驱动机床传动部件。 • 闭环或半闭环伺服系统由位置检测装置、位置控制模块、 伺服驱动装置、伺服电动机及机床进给传动链组成
2.伺服系统的组成 1进给传动 工作台 CNC位置控制 伺服驱动速度控制 位置检测装置 速度指令】 伺服电动机 位置控 伺服驱 制模块 动装置 SM 夹自 速废 度摄 反馈 速度检测装置 速度环 位置环 测量与反馈 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 2.伺服系统的组成
3.数控机床对伺服系统的要求 (1)可逆运行在加工过程中，机床工作台根据加工轨迹的要求，需 蘭黯翻发荷洁行 要 同时要求在方向变化时，不应有反向 (2)高精度包括位移精度和定位精度。伺服系统的位移精度是指指 作台相碎稳倍距离 也称脉冲当量。系统分辨率取决于系统 稳态宁作性能和所使用的橙置检测完件。 (3)调速范围宽调速范围是指机械装置要求电动机能提供的最高转 速nmax和最低转速nmin之比。为适应不同的加工条件，数控机床要 普熊狼密的堃围内銮化。 先进水平是在进给速度范 达到 为1um的情况 返度从0-≈240m/min连续可 调。爸对一般的数控机床而言 要求进给伺服系统在0~24m/min进 给速度下都能工作在零速时 即工作台停止运动时， 要求电动机有电 转 以维持定位精度， 使定位误差不超过系统的允许范围，即应 处 伺服锁住状态 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 3.数控机床对伺服系统的要求 • （1）可逆运行 在加工过程中，机床工作台根据加工轨迹的要求，需 要频繁的正向运行或反向运行，同时要求在方向变化时，不应有反向 间隙和运动的损失。 • （2）高精度 包括位移精度和定位精度。伺服系统的位移精度是指指 令脉冲要求机床工作台的位移量和该指令经伺服系统转化为工作台实 际位移量之间的符合程度。定位精度是指输出量能复现输入量的精确 程度。伺服系统的分辨率是指当伺服系统接收CNC送来的一个脉冲时， 工作台相应移动的单位距离，也称脉冲当量。系统分辨率取决于系统 稳态工作性能和所使用的位置检测元件。 • （3）调速范围宽调速范围是指机械装置要求电动机能提供的最高转 速nmax和最低转速nmin 之比。为适应不同的加工条件，数控机床要 求进给能在很宽的范围内无级变化。目前，先进水平是在进给速度范 围已达到脉冲当量为1μm的情况下，进给速度从0～240m/min连续可 调。但对一般的数控机床而言，要求进给伺服系统在0～24m/min进 给速度下都能工作在零速时，即工作台停止运动时，要求电动机有电 磁转矩，以维持定位精度，使定位误差不超过系统的允许范围，即应 处于伺服锁住状态
3.数控机床对伺服系统的要求 (4)动态响应快无超调为保证轮廓切削形状精度和低的 鸡春理廣鉴婆真好的 证速建 为提高生产效率和保证加工质量 够大 ,以缩短过渡时间： 当负载突变时，过渡过程预 复时间要短且无振荡，这样才能得到光滑的加工表面。 (5)有足够的传动刚性和高的速度稳定性伺服系统在不 同的负载情况下或切削条件发生变化时， 应使进给速度堡 持稳定。，稳定是指系统在给定输入或外： 扰作用 在短暂的调节过程后， 达到新的或者恢复到 来的平 态。稳定性直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。 (6)低速大转矩低速时进给驱动有大的转矩输出， 以满 足低速进给切削的要求。 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 3.数控机床对伺服系统的要求 • （4）动态响应快无超调 为保证轮廓切削形状精度和低的 加工表面粗糙度值，对位置伺服系统还要求有良好的快速 响应特性，即跟踪指令信号响应要快。这就要求:一、在 伺服系统处于频繁地起动、制动、加速、减速等动态过程 中，为提高生产效率和保证加工质量，要求加、减速度足 够大，以缩短过渡时间;二、当负载突变时，过渡过程恢 复时间要短且无振荡，这样才能得到光滑的加工表面。 • （5）有足够的传动刚性和高的速度稳定性 伺服系统在不 同的负载情况下或切削条件发生变化时，应使进给速度保 持稳定。稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能 在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状 态。稳定性直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。 • （6）低速大转矩 低速时进给驱动有大的转矩输出，以满 足低速进给切削的要求
二 进给伺服系统 数控系统所发出的控制指令，是通过进给伺 服系统驱动机械执行部件，最终实现精确 的进给运动的，因此，进给伺服系统实际 上是一种高精度的位置跟踪与定位系统。 它的性能决定了数控机床的许多性能，如 最高移动速度、轮廓跟随精度、定位精度 等等。 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 二．进给伺服系统 数控系统所发出的控制指令，是通过进给伺 服系统驱动机械执行部件，最终实现精确 的进给运动的，因此，进给伺服系统实际 上是一种高精度的位置跟踪与定位系统。 它的性能决定了数控机床的许多性能，如 最高移动速度、轮廓跟随精度、定位精度 等等
1.一般对进给伺服系统有如下要求 (1)精度高。伺服系统要具有较好的静态特性 和较高的伺服刚度，公而达到较高的定位精度 以徐证机床具者接小的定位误差写量复定程溪差 (2)快速响应，无超调。为了提高生产率和保 证加工质量，在起、制动时， 要求加速度足够大 以缩短伺服系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡 误差。 (3)调速范围宽。在数控机床中，由于所用刀 具、被加工材料、主轴转速以及进给速度等加工 工艺要求各有不同 为保证在任何情况下都能得 到最佳切凯条住 要求进给驱动系统必须具有足 够宽的无限调速范围'（通常要天芋1：10000）。 《数控维修技术》 项目六电气设计安装与连接
《数控维修技术》 项目六 电气设计安装与连接 1.一般对进给伺服系统有如下要求 • （1）精度高。伺服系统要具有较好的静态特性 和较高的伺服刚度，从而达到较高的定位精度， 以保证机床具有较小的定位误差与重复定位误差。 • （2）快速响应，无超调。为了提高生产率和保 证加工质量，在起、制动时，要求加速度足够大， 以缩短伺服系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡 误差。 • （3）调速范围宽。在数控机床中，由于所用刀 具、被加工材料、主轴转速以及进给速度等加工 工艺要求各有不同，为保证在任何情况下都能得 到最佳切削条件，要求进给驱动系统必须具有足 够宽的无限调速范围（通常要大于1∶10000）