加工中心的伺服與進(jìn)給系統(tǒng)

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)�？刂频取Ｖ鬏S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)帶齒輪分段無級(jí)變速；二是主軸電動(dòng)機(jī)通過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，目前國內(nèi)外中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準(zhǔn)停控制。

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)速從最小值到額定值，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。通過磁場計(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600V時(shí)，通過控制調(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)卻沒有這些缺點(diǎn)。近 20 年來，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)上說是一個(gè)電子換向的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。