轴伺服驱动线路连接

引出任务

识读数控车床实验台的Z轴驱动线路 (图7-10)。

学习目标

1． 了解半闭环系统的结构组成及特点;

2． 能按图纸正确进行半闭环驱动系统的电气连接;

3． 了解半闭环驱动控制系统的工作流程。

相关知识

一、半闭环伺服控制系统

半闭环伺服控制系统的作用是将位置检测装置安装在驱动电机的端部或丝杠的端部，用来检测丝杠或伺服电机的回转角，间接测出机床运动部件的实际位置，经反馈送回控制系统。其原理如图7-11所示。

由于半闭环控制系统的反馈信号从驱动装置 (常用伺服电机) 或丝杠引出，采样旋转角度进行检验，不是直接检测运动部件的实际位置，故其精度比开环高，但相比全闭环稍差，不过半闭环环路内由于不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。通过采取措施对这类误差进行补偿，仍可获得满意的精度。半闭环控制系统结构简单、测试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛的应用。

图7-10 Z轴驱动线路图

图7-11 半闭环控制系统原理

二、旋转编码器

编码器是一种旋转式角位移测量元件，它能够把机械转角转换为电脉冲信号，根据其内部结构和检测方式可分为接触式、光电式和电磁式三种。光电式的精度和可靠性都优于其他两种，因而广泛应用于数控机床上，常和伺服电机同轴连接或连接在滚珠丝杠末端，检测伺服电机或丝杠的转角。根据输出信号形式的不同，旋转编码器可分为绝对值式和增量式两种。

常用的增量式编码器为增量式光电编码器，其结构如图7-12所示，由光源、透镜、光栏板、光电码盘、光电元件及信号处理电路组成。光电码盘是在一块玻璃网盘上用真空镀膜的方法镀上一层不透光的金属薄膜，再涂上一层均匀的感光材料，然后用精密照相腐蚀工艺，制成沿圆周等距的透光和不透光部分相间的辐射状线纹，一个相邻的透光或不透光线纹构成一个节距P。在光电码盘里圈的不透光圆环上还刻有一条透光条纹，用来产生一转一个的脉冲信号Z。光栏板固定在底座上，有两段线纹组A和B，每组线纹的节距与光电码盘的节距相同，而A组与B组的线纹彼此错开1/4节距。光电码盘与工作轴一起旋转时，光线通过光栏板和光电码盘产生明暗相间的变化，通过计量脉冲的数目，即可测出转轴的转角;通过计量脉冲的频率，即可测出转轴的速度; 通过测量A组与B组信号相位的超前或滞后的关系即可确定被测轴的旋转方向。

图7-12 增量式编码器结构示意图

1—光源; 2—透镜; 3—光栏板; 4—光电码盘; 5—光电元件; 6—零位标志

光电编码器的精度取决于它所能分辨的最小角度，而这跟码盘圆周上的条纹数有关，即分辨角为: α=360°/条纹数，如条纹数 (也称编码器线数) 为1024，则分辨角α=360°/1024=0．352°。

实施

一、连接数控系统与伺服驱动器

数控系统装置后面的XS31～XS33口为头孔座针插头，各引脚定义如图1-20所示，分别连接驱动器上的对应管脚。如图7-13所示，驱动器上的SRV-ON接KA10继电器的常开触点一端，另一端接100; 驱动器上的CONT-COM接24V电源正极; 驱动器上的OUT-PWR接24V电源正极，X20、X21、X17分别为伺服准备好、电源ON、电源ON允许，接入PLC输入转接板。

图7-13 数控系统与伺服驱动器的连接

二、连接伺服驱动器与伺服电机 (图7-14)

1． 伺服驱动器电源连接

R、S、T分别连接伺服变压器出来的对应端，r、t两端分别接控制变压器TC1出来的220A和220B两端。

2． 伺服电机的连接

驱动器上的U、V、W、PE分别接伺服电机的UZ、VZ、WZ、PE。注意，此处相序不可接错。

3． 编码器连接

编码器线缆直接连接于驱动器上的CN2接口。

图7-14 伺服驱动器与伺服电机的连接