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數(shù)控機床用主軸伺服系統(tǒng)
閱讀：464 發(fā)布時間：2011-4-6主軸傳動和進給傳動一樣，經(jīng)歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動，而隨著微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的進展，現(xiàn)在又進入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代，目前已很少見到在數(shù)控機床上有使用直流主軸伺服系統(tǒng)了。但是國內(nèi)生產(chǎn)的交流主軸伺服系統(tǒng)的產(chǎn)品尚很少見，大多采用進口產(chǎn)品。
交流伺服電動機有永磁式同步電動機和籠型異步電動機兩種結(jié)構(gòu)形式，而且絕大多數(shù)采用永磁式同步電動機的結(jié)構(gòu)形式。而交流主軸電動機的情況則不同，交流主軸電動機均采用異步電動機的結(jié)構(gòu)形式，這是因為，一方面受永磁體的限制，當電動機容量做得很大時，電動機成本會很高，對數(shù)控機床來講無法接受采用；另一方面，數(shù)控機床的主軸傳動系統(tǒng)不必像進給伺服系統(tǒng)那樣要求如此高的性能，采用成本低的異步電動機進行矢量閉環(huán)控制，*可滿足數(shù)控機床主軸的要求。但對交流主軸電動機性能要求又與普通異步電動機不同，要求交流主軸電動機的輸出特性曲線（輸出功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系）是在基本速度以下時為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，而在基本速度以上時為恒功率區(qū)域。
交流主軸控制單元與進給系統(tǒng)一樣，也有模擬式和數(shù)字式兩種，現(xiàn)在所見到的國外交流主軸控制單元大多都是數(shù)字式的。圖19－17示出了交流主軸控制單元的框圖。
圖19－17 交流主軸伺服系統(tǒng)框圖
1－速度指令 2－速度反饋 3－比例積分回路 4－值回路 5－負載表 6－函數(shù)發(fā)生器
7－V／F變換器 8－微處理器 9－DA強勵磁 10－DA振幅器 11－乘法器 12－電流指令回路
13－電流控制回路 14－PWM控制回路 15－PWM變換器 16－脈沖發(fā)生器 17－四倍回路
18－微分回路 19－F／V變換器 20－同步整流電路
它們的工作過程簡述如下：由數(shù)控系統(tǒng)來的速度指令（如10V時相當于6000r/min或4500r/min）在比較器中與檢測器的信號相與之后，經(jīng)比例積分回路3將速度誤差信號放大作為轉(zhuǎn)矩指令電壓輸出，再經(jīng)值回路4使轉(zhuǎn)矩指令電壓永遠為正。然后經(jīng)函數(shù)發(fā)生器6（它的作用是當電動機低速時提高轉(zhuǎn)矩指令電壓），送到V／F變換器7，變成誤差脈沖（如10V相當于200kHz）。該誤差脈沖送到微處理器8并與四倍回路17送來的速度反饋脈沖進行運算。在此同時，交預(yù)先寫在微處理器部件中的ROM中的信息讀出，分別送出振幅和相位信號，送到DA強勵磁9和DA振幅器10。DA強勵磁回路用于控制增加定子電流的振幅，而DA振幅器用于產(chǎn)生與轉(zhuǎn)矩指令相對應(yīng)的電動機定子電流的振幅。它們的輸出值經(jīng)乘法器11之后形成定子電流的振幅，送給U相和V相的電流指令回路12。另一方面，從微處理器輸出的U、V兩相的相位（即sinθ和sin（θ-120°））也被送到U相和V相的電流指令回路12，它實際上也是一個乘法器，通過它形成了U相和V相的電流指令。這個指令與電機電流反饋信號相與之后的誤差，經(jīng)放大后送至PWM控制回路14，變成頻率為3kHz的脈寬信號。而W相信號則由Iu、Iv兩信號合成產(chǎn)生。上述脈沖信號經(jīng)PWM變換器15控制電動機的三相交流電流。脈沖發(fā)生器16是一個速度檢測器，用來產(chǎn)生每轉(zhuǎn)256個脈沖的正、余弦波形，然后經(jīng)四倍回路17變成1024脈沖／r。它一方面送微處理器，另一方面經(jīng)F／V變換器19作為速度反饋送到比較器2，并與速度指令進行比較。但在低速時，由于F／V變換器的線性度較差，所以此時的速度反饋信號由微分電路18和同步整流電路20產(chǎn)生。