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浅析数控机床驱动技术

2013-10-16 14:34 字体:   打印 收藏 

摘 要:本文从数控机床驱动出发,着重描述了其采用直流电机和伺服电机的驱动控制技术,直流电机在现今的工业控制中,以其笨重的设备,已经越来越少的应用于实际;而对于伺服电机的驱动技术,研究越来越广泛,本文将综合直流电机和伺服电机对于数控机床的驱动做一个系统而全面的研究分析。

关键词:数控机床;直流电机;伺服电机;工业控制

 1.引言  随着经济的发展,机床的自动化日益兴起,其中机床系统内的核心部分的驱动源,即电机,起着关键性的作用,数控机床借助于电机输出的角位移和角速度,执行相应的动作;直流电机应用于数控机床,亦具有广泛的应用价值,其启动转矩一般较大,调速性能也较好,但其制造成本较高,可靠性也较差,相当于马达,在直流电的作用下,执行相应的输出;伺服电机相当于机床数控系统的无级变速装置,区别于马达,马达一般是由直流或者交流电流直接驱动,无法实现调速性能,伺服电机则主要受到信号的控制,在信号的作用下,实现高速的动作,执行相关的功能,其精度高,几乎不受环境的影响。本文将针对数控机床的直流电机和交流伺服电机展开论述,全面而系统的分析和研究数控机床的驱动技术。 2.数控机床的直流电机驱动技术  过去,数控机床的主要驱动技术采用的是直流电机驱动,在实际应用中,也广泛的应用,例如现今的大型的化工、冶金工业、大型同步发电机等等都广泛的应用,直流电机有诸多的优点,其调速性能较好,特别对于航空、电力机车等应用较好;如今的汽车电瓶、一些电动工具,较为屡见不鲜的机械设备中,直流电机也较为应用广泛。对于直流电机驱动,其为了达到较高的精度和机床的高速运作,多应用于高档数控机床,对于一般的数控机床,直流电机驱动应用较少,主要是其维护成本较高,可靠性较差。   对于现今的数控机床,数控机床多为快速加工,实时的高校的加工一些磨具、金属加削处理等等,直流电机驱动调速方便快捷,启动转矩较大,主要在大型的起重行业较为应用多点,而对于数控机床本身而言,没有实质性的效果,直流电机一般都较大,使用和维护相对于交流伺服电机而言比较困难。  数控机床一般工艺流程较简单,执行简单可靠即可,直流电机自身制造工艺复杂,其制造的成本的较高,其次是由于其维护较困难,对于数控机床,其长时间的实时运作,柔度较大,应用实际中,一般不允许有较多的故障出现,直流电机驱动,经常性的出现卡机现象,也造成不便,其可靠性也较差。数控机床采用数控编程的思想,一般采用输入信号电压作为输入电压,电机根据输入的脉宽数进行相应的工作,对于数控机床本身而言,其自动化程度和可靠性和加工精度都较高,一般均采用伺服电机作为驱动源。 3.数控机床的伺服电机驱动技术  数控机床多采用的伺服电机技术,在日常生活中多使用交流电,而且可调,应用简单方便灵活。对于伺服电机的输出作为数控机床的驱动源,伺服电机通过接受到的电压信号,识别信号的占空比,从而实现伺服电机的转速的输出控制,其占空比比较大,时间常数相应比较小,能够快速的响应。   现今使用的多为交流伺服电机,交流伺服电机有着优良的特性,执行相应时间小,其功率值的调动.范围很大,相对于直流伺服电机而言,其执行的精度虽高,但在成本和实用下,性能比远远低于交流伺服电机,现如今,工业企业,机器人、流水线作业等等大小的实验,均采用的是交流伺服电机,交流伺服电机分为同步交流伺服电机和异步交流伺服电机。交流伺服电机采用的是单片机输入的脉宽数,执行相应的反应动作,交流伺服电机通过接收到的脉宽数,执行电机的主轴(输出轴)的转速的控制。  对于交流伺服电机,其驱动技术分为开环控制和闭环控制;对于开环交流伺服电机控制系统,交流伺服电机采用单片机输入的PWM脉宽数,交流伺服电机通过接收到的PWM脉宽数,执行电机的主轴的转速的控制,没有构成负反馈,直接通过接收到的脉宽数,由一个脉宽数对应的一个角度来计算,从而输出一个角位移或者是角速度,该开环控制系统精度不高,无法和系统之间的通讯连接起来,由于控制系统脉宽数存在缺失的情况,控制效果较差,系统稳定性不高,故开环交流伺服电机控制系统较难满足工业化设计的要求。  闭环交流伺服电机控制系统增加了负反馈的连接,其闭环控制系统亦是采用脉宽计数,从而实现控制电机轴的角位移和角速度的输出。由于交流伺服电机自身具有发送PWM脉宽数的功能,这个脉宽数在闭环控制系统中,和交流交流伺服电机接受到的脉宽数相互的影响,相互的调节,形成闭环控制系统,从而知道系统发送给了交流伺服电机多少脉宽数,交流伺服电机控制系统又收到了多少脉宽数,从而执行精确的电机轴的转速的输出,闭环交流伺服电机控制系统,控制误差较小,通过反馈回路,不断的调整系统响应参数,达到精确控制的目的,在现今的工业控制领域广泛应用。 4.