第6章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)

1、第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)第第6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)6.1 概述概述6.2 開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)6.3 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)6.1 概述概述 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說CNCCNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦大腦”，是發(fā)布，是發(fā)布“命令命令”的的“指揮所指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四四肢肢”，是一種，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。它忠實(shí)地執(zhí)行由它忠實(shí)地執(zhí)行由CNCCNC裝裝置發(fā)

2、來的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向、置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向、進(jìn)給速度與位移量。進(jìn)給速度與位移量。 伺服系統(tǒng)是伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)數(shù)控裝置和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分?？貦C(jī)床的重要組成部分。 該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合性強(qiáng)。綜合性強(qiáng)。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一、伺服系統(tǒng)的組成一、伺服系統(tǒng)的組成 伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱拖動(dòng)系統(tǒng)或位置隨動(dòng)控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，

3、又稱拖動(dòng)系統(tǒng)或位置隨動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)接收數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖，并將指伺服系統(tǒng)接收數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖，并將指令脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移，控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。令脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移，控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)n精度高精度高n穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好n快速響應(yīng)快速響應(yīng)n調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬n低速大轉(zhuǎn)矩低速大轉(zhuǎn)矩二、對(duì)伺服系統(tǒng)的要求二、對(duì)伺服系統(tǒng)的要求第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)按調(diào)節(jié)原理分為數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)按調(diào)節(jié)原理分為 開環(huán)伺服系統(tǒng)、全閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)

4、伺服系統(tǒng)、全閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)按使用的執(zhí)行元件分為按使用的執(zhí)行元件分為 電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)按用途和功能分為按用途和功能分為 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)1.1.開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：開環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。n一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。n無位置反饋，精度較低。無位置反饋，精度較低。n結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價(jià)格低廉；結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修

5、簡單、價(jià)格低廉；第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)2.2.閉閉環(huán)伺服系統(tǒng)環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：主要用于精度要求很高的的數(shù)控機(jī)床。主要用于精度要求很高的的數(shù)控機(jī)床。 n有反饋控制系統(tǒng)有反饋控制系統(tǒng), ,位置采樣點(diǎn)從工作臺(tái)引出，可直接對(duì)最終位置采樣點(diǎn)從工作臺(tái)引出，可直接對(duì)最終運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)；運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)； n具有很高的位置控制精度。具有很高的位置控制精度。n系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難，價(jià)格昂貴。系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難，價(jià)格昂貴。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)3.3.半閉環(huán)伺半

6、閉環(huán)伺服系統(tǒng)服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：在現(xiàn)代在現(xiàn)代CNCCNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。n位置采樣點(diǎn)是從伺服電機(jī)或絲杠的端部引出，對(duì)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)位置采樣點(diǎn)是從伺服電機(jī)或絲杠的端部引出，對(duì)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)最終運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)最終運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。 n系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。n精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。n結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高。結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 電液伺服系統(tǒng)的執(zhí)

7、行元件為液壓元件，其電液伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為液壓元件，其前一級(jí)為電器元件。驅(qū)動(dòng)元件主要有電液脈沖前一級(jí)為電器元件。驅(qū)動(dòng)元件主要有電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。數(shù)控機(jī)床發(fā)展初期，多馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。數(shù)控機(jī)床發(fā)展初期，多采用這種伺服系統(tǒng)，但由于供油系統(tǒng)體積龐大，采用這種伺服系統(tǒng)，但由于供油系統(tǒng)體積龐大，還有噪聲、漏油等問題，從還有噪聲、漏油等問題，從2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代逐步年代逐步為電氣伺服系統(tǒng)所代替。為電氣伺服系統(tǒng)所代替。電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 電氣伺服系統(tǒng)全部采用電子器件和電機(jī)部件，操作維護(hù)電氣伺服系統(tǒng)全部采用電子器件和電機(jī)部件，操

8、作維護(hù)方便，可靠性高。電器伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)元件主要有步進(jìn)電方便，可靠性高。電器伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)元件主要有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。 電氣伺服系統(tǒng)又分為電氣伺服系統(tǒng)又分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng) 其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流 伺服電機(jī)和中小慣量直流伺服電機(jī)；主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直伺服電機(jī)和中小慣量直流伺服電機(jī)；主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流伺服電機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好；其缺點(diǎn)是有電刷，速度流伺服電機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好；其缺點(diǎn)是有電刷，速度不高。不高。交流伺服系

9、統(tǒng)交流伺服系統(tǒng) 其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、不需維護(hù)、適合于在惡進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、不需維護(hù)、適合于在惡劣環(huán)境下工作；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。劣環(huán)境下工作；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。電氣伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)坐標(biāo)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)坐標(biāo)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并提供切削過程所控

10、制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并提供切削過程所需的力矩。主要考慮其力矩大小、調(diào)速范圍大小、調(diào)節(jié)需的力矩。主要考慮其力矩大小、調(diào)速范圍大小、調(diào)節(jié)精度高低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性。精度高低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性。 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般包括進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 用于控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸提供驅(qū)用于控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率和所需的切削力。主要考慮其是否有足夠的功率、動(dòng)功率和所需的切削力。主要考慮其是否有足夠的功率、寬的恒功率調(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)節(jié)范圍，它只是一個(gè)速度控寬的恒功率調(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)節(jié)范圍，它只是一個(gè)速度

11、控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)6.2 開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)一、工作原理一、工作原理 工作臺(tái)移動(dòng)的位移量由指令脈沖的個(gè)數(shù)決定，工作臺(tái)移動(dòng)的位移量由指令脈沖的個(gè)數(shù)決定，移動(dòng)的速度由指令脈沖的頻率決定，移動(dòng)的速度由指令脈沖的頻率決定，移動(dòng)的方向由指令脈沖的方向決定。移動(dòng)的方向由指令脈沖的方向決定。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)二、步進(jìn)電機(jī)二、步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械角位移的電磁機(jī)械裝置。沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械角位移的

12、電磁機(jī)械裝置。用于數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要有兩類：用于數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要有兩類：反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，是目反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，是目前最常用的步進(jìn)電機(jī)。前最常用的步進(jìn)電機(jī)。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)1.1.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 徑向三相反應(yīng)進(jìn)步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)2.2.步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理 單三拍工作方式單三拍工作方式 ：定子按上述順序通電，轉(zhuǎn)子就一步步按逆時(shí)針定子按上述

13、順序通電，轉(zhuǎn)子就一步步按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，每步轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，每步轉(zhuǎn)3030。改變通電順序，步進(jìn)電機(jī)就按順時(shí)針方向。改變通電順序，步進(jìn)電機(jī)就按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同樣每步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，同樣每步轉(zhuǎn)3030。 三相六拍工作方式：三相六拍工作方式：定子按上述順序通電，轉(zhuǎn)子就一步步按逆時(shí)針方向定子按上述順序通電，轉(zhuǎn)子就一步步按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，每步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，每步轉(zhuǎn)1515。改變通電順序，步進(jìn)電機(jī)就按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同。改變通電順序，步進(jìn)電機(jī)就按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同樣每步轉(zhuǎn)樣每步轉(zhuǎn)1515。 UVWUUVWUUUVVVWWWUU第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)3.3.步進(jìn)電機(jī)的使用特性步進(jìn)電機(jī)的使用特性（

14、1 1）步距角及步距誤差）步距角及步距誤差 每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度就是步距角每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度就是步距角，即即 式中式中 m m 定子激磁繞組相數(shù)；定子激磁繞組相數(shù)； z z 轉(zhuǎn)子齒數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)； k k狀態(tài)系數(shù)（單拍時(shí)狀態(tài)系數(shù)（單拍時(shí)k k =1 =1，雙拍時(shí)，雙拍時(shí)k k =2 =2）。）。0360mkz 步進(jìn)電機(jī)每走一步的步距角應(yīng)是圓周步進(jìn)電機(jī)每走一步的步距角應(yīng)是圓周360360的等分值。但是實(shí)的等分值。但是實(shí)際的步距角與理論值有誤差。際的步距角與理論值有誤差。在一轉(zhuǎn)內(nèi)各步距誤差的最大值定為在一轉(zhuǎn)內(nèi)各步距誤差的最大值定為步距誤差。步距誤差。它的大小受制造精

15、度、齒槽分布的不均勻和氣隙不均它的大小受制造精度、齒槽分布的不均勻和氣隙不均勻等因素影響。勻等因素影響。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)（2 2）最高起動(dòng)頻率和最高工作頻率）最高起動(dòng)頻率和最高工作頻率 空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然起動(dòng)，并不失步空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然起動(dòng)，并不失步地進(jìn)入穩(wěn)速運(yùn)行，所允許的起動(dòng)頻率最高值稱為最地進(jìn)入穩(wěn)速運(yùn)行，所允許的起動(dòng)頻率最高值稱為最高起動(dòng)頻率。高起動(dòng)頻率。 步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，它所能接受的，既保證步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，它所能接受的，既保證不丟步運(yùn)行的極限頻率，稱為最高工作頻率。不丟步運(yùn)行的極限頻率，稱為最高工作頻率。（3 3）輸出的轉(zhuǎn)矩）輸

16、出的轉(zhuǎn)矩- -頻率特性頻率特性第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制線路的功能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制線路的功能 將具有一定頻率將具有一定頻率f f、一定數(shù)量和一定方向的進(jìn)給脈沖、一定數(shù)量和一定方向的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)各相定子繞組通斷電的電平信號(hào)。電轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)各相定子繞組通斷電的電平信號(hào)。電平信號(hào)的變化頻率、變化次數(shù)和通斷電順序要與進(jìn)給指令平信號(hào)的變化頻率、變化次數(shù)和通斷電順序要與進(jìn)給指令脈沖的頻率、數(shù)量和方向?qū)?yīng)。脈沖的頻率、數(shù)量和方向?qū)?yīng)。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)檢測(cè)元

17、件檢測(cè)元件 檢測(cè)裝置由檢測(cè)裝置由檢測(cè)元件（傳感器）檢測(cè)元件（傳感器）和和信號(hào)處理信號(hào)處理裝置裝置( (測(cè)量線路測(cè)量線路) )組成。組成。檢測(cè)裝置的作用：檢測(cè)裝置的作用：實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)床執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)；實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)床執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)；將檢測(cè)信號(hào)變換成位置控制單元所要求的信將檢測(cè)信號(hào)變換成位置控制單元所要求的信號(hào)形式，反饋到位置控制單元；號(hào)形式，反饋到位置控制單元；構(gòu)成閉環(huán)控制。構(gòu)成閉環(huán)控制。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)n高可靠性和高抗干擾性：受溫度、濕度高可靠性和高抗干擾性：受溫度、濕度的影響小，工作可靠，精度保持性好，的影響小，工作可靠，精度保持性好，抗干擾

18、能力強(qiáng)；抗干擾能力強(qiáng)；n能滿足精度和速度的要求：位置檢測(cè)裝能滿足精度和速度的要求：位置檢測(cè)裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率（一置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率（一個(gè)數(shù)量級(jí)）；位置檢測(cè)裝置最高允許的個(gè)數(shù)量級(jí)）；位置檢測(cè)裝置最高允許的檢測(cè)速度應(yīng)數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度。檢測(cè)速度應(yīng)數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度。n使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測(cè)量裝置的要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測(cè)量裝置的要求: : 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)位置檢測(cè)裝置的分類位置檢測(cè)裝置的分類 類型類型數(shù)字式數(shù)字式模擬式模擬式增量式增量式絕對(duì)式絕對(duì)式增量式增量式絕對(duì)式絕

19、對(duì)式 回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)式式脈沖編碼脈沖編碼盤、盤、圓光柵圓光柵絕對(duì)式脈沖絕對(duì)式脈沖編碼盤編碼盤旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器三速圓感應(yīng)三速圓感應(yīng)同步器同步器直線式直線式直線光柵、直線光柵、激光干涉激光干涉儀儀多通道透多通道透射光柵射光柵直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器三速感應(yīng)同三速感應(yīng)同步器步器第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一、旋轉(zhuǎn)變壓器一、旋轉(zhuǎn)變壓器二、感應(yīng)同步器二、感應(yīng)同步器三、光柵三、光柵四、光電脈沖編碼器四、光電脈沖編碼器幾種檢測(cè)元件介紹：幾種檢測(cè)元件介紹：第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一、旋轉(zhuǎn)變壓器一、旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器屬于電磁式位移

20、檢測(cè)傳感器，旋轉(zhuǎn)變壓器屬于電磁式位移檢測(cè)傳感器，可用于可用于角位移測(cè)量。角位移測(cè)量。 旋轉(zhuǎn)變壓器可單獨(dú)和滾珠絲杠相連，也旋轉(zhuǎn)變壓器可單獨(dú)和滾珠絲杠相連，也可與伺服電動(dòng)機(jī)組成一體。可與伺服電動(dòng)機(jī)組成一體。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)1.1.旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)變壓器由旋轉(zhuǎn)變壓器由定子定子和和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子組成，激磁電組成，激磁電壓接到定子繞組上，轉(zhuǎn)子繞組輸出感應(yīng)電壓接到定子繞組上，轉(zhuǎn)子繞組輸出感應(yīng)電壓，輸出電壓隨被測(cè)角位移的變化而變化。壓，輸出電壓隨被測(cè)角位移的變化而變化。 從轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的輸出方式來看，旋轉(zhuǎn)變從轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的輸出方式來看，旋轉(zhuǎn)變壓器可分為壓器

21、可分為有刷有刷和和無刷無刷兩種類型。兩種類型。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)1-轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組 2-定子繞組定子繞組 3-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 4-整流子整流子 5-電刷電刷 6-接線柱接線柱有刷旋轉(zhuǎn)變壓器有刷旋轉(zhuǎn)變壓器特點(diǎn)：特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子繞組的端點(diǎn)通過電刷與轉(zhuǎn)子繞組的端點(diǎn)通過電刷與滑環(huán)引出；滑環(huán)引出；結(jié)構(gòu)簡單，可靠性差，壽命結(jié)構(gòu)簡單，可靠性差，壽命也較短。也較短。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)無刷旋轉(zhuǎn)變壓器無刷旋轉(zhuǎn)變壓器1-殼體 2-分解器定子 3-變壓器定子 4-變壓器一次線圈 5-變壓器轉(zhuǎn)子 6-變壓器二次線圈 7-分解器轉(zhuǎn)子 8-轉(zhuǎn)子軸特點(diǎn)：特點(diǎn)：由分

22、解器與變壓器兩部分由分解器與變壓器兩部分組成，無電刷和滑環(huán)；組成，無電刷和滑環(huán)；輸出信號(hào)從變壓器的二次輸出信號(hào)從變壓器的二次線圈引出最后的，輸出信線圈引出最后的，輸出信號(hào)大；號(hào)大；可靠性高且壽命長，不用可靠性高且壽命長，不用維修，更適合數(shù)控機(jī)床使維修，更適合數(shù)控機(jī)床使用。用。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)2.2.旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理定子繞組通入不同的激定子繞組通入不同的激磁電壓，可得到兩種不磁電壓，可得到兩種不同的工作方式：同的工作方式：相位工作方式相位工作方式幅值工作方式幅值工作方式第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)相位工作方式相位

23、工作方式 1sinsmUUt1sin(/ 2)coscmmUUtUt則則2co s()mUkUt式中式中 UmUm 激磁電壓幅值；激磁電壓幅值； k k 電磁耦合系數(shù)，電磁耦合系數(shù)，k k1 1； 相位角，亦即轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。相位角，亦即轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。2cos()mUkUt結(jié)論：轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的結(jié)論：轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角之間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要檢之間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的輸出電壓的相位角，就可以測(cè)出轉(zhuǎn)子的輸出電壓的相位角，就可以求得轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角，也就可得到被測(cè)軸求得轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角，也就可得到被測(cè)軸的角位移（因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)上被測(cè)軸與旋轉(zhuǎn)的角位移（因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)上被測(cè)

24、軸與旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子連接在一起）。變壓器的轉(zhuǎn)子連接在一起）。當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)同樣可得到當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)同樣可得到第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)幅值工作方式幅值工作方式 1sinssmUUt1sinccmUUt當(dāng)給定電氣角為時(shí)，交流激磁電壓幅值分當(dāng)給定電氣角為時(shí)，交流激磁電壓幅值分別為別為sinsmmUUcoscmmUU當(dāng)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)，U1sU1s、U1cU1c經(jīng)疊加，經(jīng)疊加，在轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓在轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓U2U2為為 2cos()sinmUkUt當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，同理有當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，同理有2cos()sinmUkUt結(jié)論：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值結(jié)論：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨

25、轉(zhuǎn)子的偏角隨轉(zhuǎn)子的偏角而變化，測(cè)而變化，測(cè)量出幅值即可求得偏轉(zhuǎn)角量出幅值即可求得偏轉(zhuǎn)角，也就可得到被測(cè)軸的角位移也就可得到被測(cè)軸的角位移。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)二、感應(yīng)同步器二、感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器是一種電磁感應(yīng)式的高精度位移感應(yīng)同步器是一種電磁感應(yīng)式的高精度位移檢測(cè)裝置，是由旋轉(zhuǎn)變壓器演變而來。工作原理檢測(cè)裝置，是由旋轉(zhuǎn)變壓器演變而來。工作原理都與旋轉(zhuǎn)變壓器相似。都與旋轉(zhuǎn)變壓器相似。感應(yīng)同步器按運(yùn)動(dòng)方式分為兩種：感應(yīng)同步器按運(yùn)動(dòng)方式分為兩種：旋轉(zhuǎn)式：旋轉(zhuǎn)式：測(cè)量測(cè)量角度位移信號(hào)角度位移信號(hào)，結(jié)構(gòu)包括，結(jié)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子定子和轉(zhuǎn)子直線式直線式 ： 測(cè)量測(cè)量直線

26、位移信號(hào)直線位移信號(hào)，結(jié)構(gòu)包括，結(jié)構(gòu)包括定尺和滑尺定尺和滑尺第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)1.1.直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)1基板；基板；2絕緣層；絕緣層；3繞組；繞組；4屏蔽層屏蔽層標(biāo)準(zhǔn)直線式感應(yīng)同步器定尺長度為標(biāo)準(zhǔn)直線式感應(yīng)同步器定尺長度為250mm250mm，滑尺長度為，滑尺長度為100mm100mm。定尺安裝在機(jī)床固定部件上定尺安裝在機(jī)床固定部件上，滑尺安裝在移動(dòng)部件上滑尺安裝在移動(dòng)部件上，兩尺平行安，兩尺平行安置，之間保持約為（置，之間保持約為（50.05）mmmm的間隙。的間隙。如果測(cè)量長度超過如果測(cè)量長度超過170mm

27、170mm時(shí)，可將若干根定尺接長使用。時(shí)，可將若干根定尺接長使用。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)2.直線式感應(yīng)同步器繞組原理圖直線式感應(yīng)同步器繞組原理圖 定尺上繞組是連續(xù)的定尺上繞組是連續(xù)的, ,滑尺上則分布著兩個(gè)激磁繞組滑尺上則分布著兩個(gè)激磁繞組, ,分別稱為正弦分別稱為正弦繞組和余弦繞組繞組和余弦繞組, ,這兩個(gè)激磁繞組在長度方向這兩個(gè)激磁繞組在長度方向上相差上相差1/41/4節(jié)距。節(jié)距。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)3.直線式感應(yīng)同步器的工作原理直線式感應(yīng)同步器的工作原理 設(shè)設(shè)Vs是加在滑尺任一繞組上的激磁電壓是加在滑尺任一繞組上的激磁電壓s

28、inSmVVt則在定尺繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為：則在定尺繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為：coscos sinBSmVKVKVt式中式中 K K 電磁耦合系數(shù)；電磁耦合系數(shù)； VmVm激磁電壓的幅值；激磁電壓的幅值； 滑尺相對(duì)于定尺在空間滑尺相對(duì)于定尺在空間 的相位角；的相位角； 滑尺滑尺在移動(dòng)一個(gè)在移動(dòng)一個(gè)節(jié)距節(jié)距的過程中，感應(yīng)的過程中，感應(yīng)同步器同步器定尺繞組的感應(yīng)電壓定尺繞組的感應(yīng)電壓近似于余弦函近似于余弦函數(shù)變化了一個(gè)數(shù)變化了一個(gè)周期周期。 動(dòng)畫演示第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)直線式感應(yīng)同步器的工作原理直線式感應(yīng)同步器的工作原理 在一個(gè)節(jié)距在一個(gè)節(jié)距2內(nèi)，位移內(nèi)，位移x與與

29、的關(guān)系應(yīng)為：的關(guān)系應(yīng)為：(2 /2 )( / )xx 只要測(cè)量出感應(yīng)電壓的值只要測(cè)量出感應(yīng)電壓的值, ,就可以求就可以求出滑尺相對(duì)于定尺的位移量。出滑尺相對(duì)于定尺的位移量。 當(dāng)向滑尺繞組上施加不同的激磁電壓當(dāng)向滑尺繞組上施加不同的激磁電壓時(shí)，感應(yīng)同步器也分為相位工作方式和幅值時(shí)，感應(yīng)同步器也分為相位工作方式和幅值工作方式。工作方式。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)三、光柵三、光柵根據(jù)制造方法和光學(xué)原理的不同來分：根據(jù)制造方法和光學(xué)原理的不同來分：透射光柵透射光柵在玻璃的表面制成透明與不透明等在玻璃的表面制成透明與不透明等間距的光柵線紋；間距的光柵線紋；反射光柵反射光柵在金屬

30、的鏡面上制成全反射或漫反在金屬的鏡面上制成全反射或漫反射等間距的光柵線紋。射等間距的光柵線紋。 光柵是精密檢測(cè)元件，用來測(cè)量位移或轉(zhuǎn)角，光柵是精密檢測(cè)元件，用來測(cè)量位移或轉(zhuǎn)角，具有精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。具有精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。 從形狀上來分：從形狀上來分： 圓光柵圓光柵測(cè)量角度測(cè)量角度 長光柵長光柵測(cè)量直線位移測(cè)量直線位移第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)1.透射長光柵測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)透射長光柵測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu) 1-防護(hù)墊防護(hù)墊 2-光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭 3-標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵 4-防護(hù)罩防護(hù)罩由由標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵和和光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭兩部分組成。兩部分組成。標(biāo)尺光柵標(biāo)

31、尺光柵一般固定在機(jī)床活動(dòng)部件上一般固定在機(jī)床活動(dòng)部件上光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床固定部件上裝在機(jī)床固定部件上 當(dāng)機(jī)床活動(dòng)部件帶著標(biāo)尺光柵相對(duì)當(dāng)機(jī)床活動(dòng)部件帶著標(biāo)尺光柵相對(duì)指示光柵移動(dòng)時(shí)，將通過讀書頭的光電指示光柵移動(dòng)時(shí)，將通過讀書頭的光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送與位移量相對(duì)應(yīng)的數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換，發(fā)送與位移量相對(duì)應(yīng)的數(shù)字脈沖信號(hào)，作為位置反饋信號(hào)。信號(hào)，作為位置反饋信號(hào)。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)1光柵；2透鏡；3指示光柵；4光敏元件；5驅(qū)動(dòng)線路光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭 光敏元件接受透過光柵尺的光敏元件接受透過光柵尺的光強(qiáng)信號(hào)光強(qiáng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的相應(yīng)的電壓信號(hào)電壓信

32、號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)過電路處理，變成與位移。該電壓信號(hào)經(jīng)過電路處理，變成與位移成比例的成比例的脈沖信號(hào)輸出脈沖信號(hào)輸出。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)2.光柵測(cè)量裝置的工作原理光柵測(cè)量裝置的工作原理 莫爾條紋 莫爾條紋具有以下特征：莫爾條紋具有以下特征： 放大作用放大作用莫爾條紋的變化規(guī)律莫爾條紋的變化規(guī)律均化誤差作用均化誤差作用 光柵實(shí)際上是一根刻線很密很精確的光柵實(shí)際上是一根刻線很密很精確的“尺尺”。如果用它。如果用它測(cè)量位移，只要數(shù)出測(cè)試對(duì)象上某個(gè)確定點(diǎn)相對(duì)于光柵移過測(cè)量位移，只要數(shù)出測(cè)試對(duì)象上某個(gè)確定點(diǎn)相對(duì)于光柵移過的線紋數(shù)即可。但是，由于光柵線紋過密，直接對(duì)線紋計(jì)數(shù)

33、的線紋數(shù)即可。但是，由于光柵線紋過密，直接對(duì)線紋計(jì)數(shù)很困難，因而很困難，因而利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)數(shù)利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)數(shù)。動(dòng)畫演示1動(dòng)畫演示2第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)莫爾條紋 放大作用放大作用2sin( /2)dW由于由于很小，很小， ，則，則sindW若若d d=0.01mm=0.01mm，=0.01rad=0.01rad，則上式可得則上式可得W W=1=1，即把光柵柵距轉(zhuǎn)換成放大即把光柵柵距轉(zhuǎn)換成放大100100倍的莫爾條紋寬度。倍的莫爾條紋寬度。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)莫爾條紋的變化規(guī)律莫爾條紋的變化規(guī)律當(dāng)標(biāo)尺光柵移

34、動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)，莫爾條紋也相應(yīng)地當(dāng)標(biāo)尺光柵移動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)，莫爾條紋也相應(yīng)地移過一個(gè)條紋間距。由于光的衍射和干涉作用，移過一個(gè)條紋間距。由于光的衍射和干涉作用，其光強(qiáng)的變化規(guī)律近似正弦函數(shù)，若光柵向相反其光強(qiáng)的變化規(guī)律近似正弦函數(shù)，若光柵向相反方向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋也向相反方向移動(dòng)。方向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋也向相反方向移動(dòng)。均化誤差作用均化誤差作用莫爾條紋是由若干光柵線紋共用形成，例如每毫莫爾條紋是由若干光柵線紋共用形成，例如每毫米米100100條線紋的光柵，條線紋的光柵，1010mmmm寬的一條莫爾條紋就寬的一條莫爾條紋就由由10001000條線紋組成，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就條線紋組成，這樣?xùn)啪嘀g

35、的相鄰誤差就被平均化了，消除了由于柵距不均勻、斷裂等造被平均化了，消除了由于柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。成的誤差。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)四、光電脈沖編碼器四、光電脈沖編碼器 脈沖編碼器是一種脈沖編碼器是一種角位移測(cè)量裝置角位移測(cè)量裝置，能把機(jī)械，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電脈沖。轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電脈沖。 脈沖編碼器分為脈沖編碼器分為光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式三種，光電式的精度和可靠性都優(yōu)于其它兩種，因三種，光電式的精度和可靠性都優(yōu)于其它兩種，因而廣泛使用于數(shù)控機(jī)床上。而廣泛使用于數(shù)控機(jī)床上。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)光電脈沖

36、編碼器可分為兩種光電脈沖編碼器可分為兩種增量式光電脈沖編碼器增量式光電脈沖編碼器 能把回轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)能把回轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)角速度準(zhǔn)確測(cè)量出來。角速度準(zhǔn)確測(cè)量出來。絕對(duì)式光電脈沖編碼器絕對(duì)式光電脈沖編碼器 可將被測(cè)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的代碼來指示絕對(duì)可將被測(cè)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的代碼來指示絕對(duì)位置而沒有累計(jì)誤差，是一種直接編碼式的測(cè)位置而沒有累計(jì)誤差，是一種直接編碼式的測(cè)量裝置。量裝置。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)增量式光電脈沖編碼器結(jié)構(gòu)示意1電路板 2圓光柵 3指示光柵 4軸 5光敏元件 6光源 7連接法蘭第第

37、6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)光電脈沖編碼器的工作原理光電脈沖編碼器的工作原理 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)6.3 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)是誤差控制隨動(dòng)系統(tǒng)。包括全閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)是誤差控制隨動(dòng)系統(tǒng)。包括全閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 位置檢測(cè)裝置測(cè)出實(shí)際位移量或?qū)嶋H所處位置，并將測(cè)量位置檢測(cè)裝置測(cè)出實(shí)際位移量或?qū)嶋H所處位置，并將測(cè)量值反饋給值反饋給CNCCNC裝置，與指令進(jìn)行比較，求得誤差，該誤差信號(hào)裝置，與指令進(jìn)行比較，求得誤差，該誤差信號(hào)經(jīng)放大后經(jīng)放大后, ,控制伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件向指令位置進(jìn)給

38、?？刂扑欧妱?dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件向指令位置進(jìn)給。一、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理一、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)二、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成框圖二、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成框圖 閉環(huán)伺服系統(tǒng)由執(zhí)行元件、驅(qū)動(dòng)控制單元、機(jī)床，以及反閉環(huán)伺服系統(tǒng)由執(zhí)行元件、驅(qū)動(dòng)控制單元、機(jī)床，以及反饋檢測(cè)裝置、比較控制環(huán)節(jié)等組成。饋檢測(cè)裝置、比較控制環(huán)節(jié)等組成。 執(zhí)行元件執(zhí)行元件也成為伺服電動(dòng)機(jī)，其作用是把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為也成為伺服電動(dòng)機(jī)，其作用是把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械位運(yùn)動(dòng)，整個(gè)伺服系統(tǒng)的調(diào)速性能、動(dòng)態(tài)性能、運(yùn)行精機(jī)械位運(yùn)動(dòng)，整個(gè)伺服系統(tǒng)的調(diào)速性能、動(dòng)態(tài)性能、運(yùn)行精度等均與執(zhí)行元件有關(guān)。度等均

39、與執(zhí)行元件有關(guān)。 反饋檢測(cè)裝置反饋檢測(cè)裝置將工作臺(tái)的實(shí)際位置檢測(cè)后反饋給比較控將工作臺(tái)的實(shí)際位置檢測(cè)后反饋給比較控制環(huán)節(jié)檢測(cè)裝置，是閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。閉環(huán)制環(huán)節(jié)檢測(cè)裝置，是閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由檢測(cè)裝置的精度決數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由檢測(cè)裝置的精度決定的。定的。 詳細(xì)說明詳細(xì)說明第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)是指能夠精密控制其位置的一種電動(dòng)機(jī)。數(shù)伺服電動(dòng)機(jī)是指能夠精密控制其位置的一種電動(dòng)機(jī)。數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制主要采用直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)?？貦C(jī)床閉環(huán)控制主要采用直流伺服電

40、機(jī)和交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)目前在數(shù)控機(jī)床中采用的直流電動(dòng)機(jī)主要是大慣量寬調(diào)速目前在數(shù)控機(jī)床中采用的直流電動(dòng)機(jī)主要是大慣量寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)分為電勵(lì)磁和永久磁鐵勵(lì)磁直流伺服電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)分為電勵(lì)磁和永久磁鐵勵(lì)磁兩種，但占主導(dǎo)地位的是兩種，但占主導(dǎo)地位的是永久磁鐵勵(lì)磁（永磁式）電動(dòng)機(jī)永久磁鐵勵(lì)磁（永磁式）電動(dòng)機(jī)。 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電機(jī)可分為交流異步電動(dòng)機(jī)和交流同步電動(dòng)機(jī)兩大交流伺服電機(jī)可分為交流異步電動(dòng)機(jī)和交流同步電動(dòng)機(jī)兩大類。類。交流同步電動(dòng)機(jī)又有永磁式和勵(lì)磁式兩種。交流同步電動(dòng)機(jī)又有永磁式和勵(lì)磁式兩種。目前數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)多采用

41、目前數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)多采用永磁式交流同步電動(dòng)機(jī)永磁式交流同步電動(dòng)機(jī)。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)1.1.永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 永磁直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 1-轉(zhuǎn)子繞組 2-轉(zhuǎn)子鐵心 3-定子鐵心 4-刷架組件 5-換向器 6-永久磁鐵第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)永磁式直流伺服電機(jī)具有以下特點(diǎn)：永磁式直流伺服電機(jī)具有以下特點(diǎn)：（1 1）啟動(dòng)力矩大，且低速時(shí)輸出力矩大。）啟動(dòng)力矩大，且低速時(shí)輸出力矩大。（2 2）大慣量的結(jié)構(gòu)使在長期過載工作時(shí)具有大的）大慣量的結(jié)構(gòu)使在長期過載工作時(shí)具有大的熱容量；熱

42、容量；（3 3）慣量比較大，可以與機(jī)床進(jìn)給絲杠直接連接，）慣量比較大，可以與機(jī)床進(jìn)給絲杠直接連接，省去齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而有利于減小機(jī)械振動(dòng)和省去齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而有利于減小機(jī)械振動(dòng)和噪聲。噪聲。（4 4）調(diào)速范圍比較寬。當(dāng)與高性能速度控制單元）調(diào)速范圍比較寬。當(dāng)與高性能速度控制單元組成速度控制系統(tǒng)時(shí)，調(diào)速范圍可達(dá)組成速度控制系統(tǒng)時(shí)，調(diào)速范圍可達(dá)1 1：10001000以上。以上。（5 5）轉(zhuǎn)子溫度高，熱量通過轉(zhuǎn)軸傳到絲杠，絲杠）轉(zhuǎn)子溫度高，熱量通過轉(zhuǎn)軸傳到絲杠，絲杠熱變形會(huì)影響傳動(dòng)精度。熱變形會(huì)影響傳動(dòng)精度。第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)2.2.永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的

43、工作原理永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程為電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程為 2ddeemRUnTCC C式中式中 Cm Cm 轉(zhuǎn)矩系數(shù)。轉(zhuǎn)矩系數(shù)。調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有以下三種：調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有以下三種：（1 1）改變轉(zhuǎn)子回路電阻）改變轉(zhuǎn)子回路電阻R Rd d；（2 2）改變外加電壓）改變外加電壓U U；（3 3）改變氣隙磁通量。）改變氣隙磁通量。 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)3.3.永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性 永磁式直流伺服電機(jī)工作曲線 永磁式直流伺服電機(jī)負(fù)載周期曲線 第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)1.永磁式交流同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁式交流同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)橫剖面 1-定子 2-永久磁鐵；3-軸向通風(fēng)孔 4-