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1、第六章数控机床电气控制第六章数控机床电气控制 第三节第三节 伺服驱动系统伺服驱动系统 第三节第三节 伺服驱动系统伺服驱动系统【教学目教学目标】1掌握直流主掌握直流主轴驱动系系统工作原理和工作特点；工作原理和工作特点；2掌握交流主掌握交流主轴驱动系系统工作原理和工作特点；工作原理和工作特点；3初步了解常用主初步了解常用主轴驱动系系统；4初步了解初步了解进给驱动系系统工作原理；工作原理；5初步了解常用初步了解常用进给驱动系系统；6掌握伺服掌握伺服驱动系系统的常的常见故障分析。故障分析。【教学重点教学重点】交流主交流主轴驱动系系统工作原理和工作特点；工作原理和工作特点；伺服伺服驱动系系统的常的常见故
2、障分析。故障分析。【教学教学难点点】伺服伺服驱动系系统的常的常见故障分析故障分析。一、主轴驱动系统一、主轴驱动系统 1.直流主直流主轴驱动系系统（1）工作原理）工作原理数控机床直流主数控机床直流主轴电动机由于功率机由于功率较大，且要求正、反大，且要求正、反转及停止迅速，故及停止迅速，故驱动装置通常采用三相装置通常采用三相桥式反并式反并联逻辑无无环流流可逆可逆调速系速系统，这样在制在制动时，除了，除了缩短短制制动时间外，外，还能将主能将主轴旋旋转的机械能的机械能转换成成电能送回能送回电网。网。一、主轴驱动系统一、主轴驱动系统 主主电路路 一、主轴驱动系统一、主轴驱动系统 控制控制电路路 一、主轴
3、驱动系统一、主轴驱动系统 1.直流主直流主轴驱动系系统（2）工作特点）工作特点直流主直流主轴驱动装置双装置双闭环调速系速系统以速度以速度调节器的器的输出作出作为电流流调节器的器的给定信号来控制定信号来控制电动机的机的电流和流和转矩。其矩。其优点在于：可以根据速度点在于：可以根据速度指令的模指令的模拟电压信号与信号与实际转速反速反馈电压的差的差值及及时控制控制电动机的机的转矩，矩，以便尽快地使以便尽快地使电动机的机的转速达到速达到给定定值；而当；而当转速接近速接近给定定值时，又能使，又能使电动机的机的转矩自矩自动地减小，地减小，这样可以避免可以避免过大的超大的超调，保，保证转速速稳态无静无静差。
4、当系差。当系统受到外界干受到外界干扰时，电流流环能迅速做出抑制干能迅速做出抑制干扰的响的响应，保，保证系系统具有最佳的加速和制具有最佳的加速和制动的的时间特性。另外，双特性。另外，双闭环调速系速系统以速度以速度调节器的器的输出作出作为电流流调节器的器的输入入给定定值，速度，速度调节器的器的输出限幅出限幅值就限定就限定了了电流流环中的中的电流。在流。在电动机起机起动或制或制动过程中，程中，电动机机转矩和矩和电枢枢电流流急急剧增加，使增加，使电动机以最大机以最大转矩加速，矩加速，转速直速直线上升。当上升。当电动机的机的转速达速达到到给定定值时，速度，速度调节器的器的输出从限幅出从限幅值降下来，作降
5、下来，作为电流流调节器的器的输入入给定定值使使电枢枢电流降下来，随之流降下来，随之电动机的机的转矩也将下降，开始减速。当矩也将下降，开始减速。当电动机的机的转速小于速小于负载转矩矩时电动机又会加速直到重新回到速度机又会加速直到重新回到速度给定定值。因此双因此双闭环直流直流调速系速系统对主主轴的快速起停，保持的快速起停，保持稳定运行等功能是很重定运行等功能是很重要的。要的。一、主轴驱动系统一、主轴驱动系统 2.交流主交流主轴驱动系系统 随着交流随着交流调速技速技术的的发展，目前数控机床的主展，目前数控机床的主轴驱动多采用交流主多采用交流主轴电动机配机配变频器控制的方式。器控制的方式。变频器的控制
6、方式从最初的器的控制方式从最初的电压空空间矢量控制（磁矢量控制（磁通通转迹法）到矢量控制（磁迹法）到矢量控制（磁场定向控制），定向控制），发展至展至今今为直接直接转矩控制，从而能方便地矩控制，从而能方便地实现无速度无速度传感感器化；脉器化；脉宽调制（制（PWM）技）技术从正弦从正弦PWM发展至展至优化化PWM技技术和随机和随机PWM技技术；功率器件由；功率器件由GTO、GTR、IGBT发展到智能模展到智能模块IPM，功能得到，功能得到进一步一步完善。完善。一、主轴驱动系统一、主轴驱动系统 2.交流主交流主轴驱动系系统（1）工作原理）工作原理一、主轴驱动系统一、主轴驱动系统 2.交流主交流主轴驱
7、动系系统（2）组件件 控制模控制模块（N1）控制模）控制模块（N1）包括两片）包括两片80186，五片，五片EPROM。完成。完成电网端逆网端逆变器的触器的触发脉冲控制、矢量脉冲控制、矢量变换计算算以及以及对变频器器进行行PWM调制。制。IO模模块（U1）IO模模块（U1）通）通过U/变换器器为N1组件件处理各种理各种IO模模拟信号。信号。电源模源模块（G01）电源模源模块（G01）和中央控制模）和中央控制模块（G02）除供）除供给控制控制电路所需的各种路所需的各种电源外，在中央控制模源外，在中央控制模块(G02)上上还输出各种出各种继电器信号至数控系器信号至数控系统进行控制。行控制。选件（件
8、（S1）选件（件（S1）配置主）配置主轴定位定位电路板或路板或C轴进给控制控制电路板，通路板，通过内装内装轴端端编码器或外装器或外装轴端端编码器器对主主轴进行定位或行定位或C轴控制。控制。一、主轴驱动系统一、主轴驱动系统 2.交流主交流主轴驱动系系统（3）工作特点）工作特点西西门子子6SC650系列交流主系列交流主轴驱动系系统具具备开关速度快、开关速度快、驱动电流小、控制流小、控制驱动简单、效率高、噪声小、故障率低、有效控制干效率高、噪声小、故障率低、有效控制干扰等等优点。点。一、主轴驱动系统一、主轴驱动系统 3.常用主常用主轴驱动系系统介介绍（1）FANUC公司主公司主轴驱动系系统（2）SI
9、EMENS公司主公司主轴驱动系系统 1.工作原理工作原理数控机床数控机床进给驱动系系统由各坐由各坐标轴的的进给驱动装置、位置装置、位置检测装置及机床装置及机床进给传动链等等组成，成，进给驱动系系统的任的任务就是要完成各坐就是要完成各坐标轴的位置的位置控制。控制。CNC系系统根据根据输入的程序指令及数据，入的程序指令及数据，经插插补运算后得到位置控制指令，同运算后得到位置控制指令，同时，位置，位置检测装置将装置将实际位置位置检测信号反信号反馈至至CNC系系统，构成，构成全全闭环或半或半闭环的位置控制。的位置控制。经位置比位置比较后，数后，数控系控系统输出速度控制指令至各坐出速度控制指令至各坐标轴
10、的的驱动装置，装置，经速度控制速度控制单元伺服元伺服驱动电机机带动滚珠珠丝杠杠传动实现进给运运动。二、进给驱动系统二、进给驱动系统 2.常用常用进给驱动系系统介介绍（）（）FANUC公司公司进给驱动系系统（）（）SIEMENS公司公司进给驱动系系统 二、进给驱动系统二、进给驱动系统 1.主主轴电动机不机不 转2.主主轴驱动出出现随机和无随机和无规律性的波律性的波动3.主主轴异常噪声及振异常噪声及振动4.主主轴定位抖定位抖动 5.进给运运动停止，主停止，主轴仍仍继续运运转6.转速偏离指令速偏离指令值 7.电动机机过载 三、伺服驱动系统的常见故障分析三、伺服驱动系统的常见故障分析【课堂堂练习】针对伺服伺服驱动系系统的常的常见故障，分析故故障，分析故障障产生原因。生原因。第三节第三节伺服驱动系统伺服驱动系统【课堂小堂小结】1、主、主轴驱动系系统 直流主直流主轴驱动系系统 交流主交流主轴驱动系系统 2、常用主、常用主轴驱动系系统 FANUC公司公司进给驱动系系统 SIEMENS公司公司进给驱动系系统 3、CNC系系统常常见故障故障第三节伺服驱动系统第三节伺服驱动系统【课后作后作业】第六章复第六章复习思考思考题6-7 题 第三节伺服驱动系统第三节伺服驱动系统