數(shù)控技術(shù)4資料課件

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)內(nèi)容提要本章將詳細(xì)討論進(jìn)給伺服系統(tǒng)的軟件硬件結(jié)構(gòu)；進(jìn)給伺服系統(tǒng)基本功能的原理及實(shí)現(xiàn)方法。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/71數(shù)控技術(shù)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)內(nèi)容提要第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)20第一節(jié)概述.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成.定義：進(jìn)給伺服系統(tǒng)(FeedServoSystem)——以移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/72數(shù)控技術(shù)第一節(jié)概述.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成第四章2.組成：伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置（電機(jī)）、位置檢測裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、執(zhí)行部件。3.作用：接收數(shù)控裝置發(fā)出的位移和速度指令信號，由伺服驅(qū)動電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)床的工作臺、主軸架等執(zhí)行部件進(jìn)行工作進(jìn)給和快速進(jìn)給。一、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成第一節(jié)概述2023/1/73數(shù)控技術(shù)2.組成：伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置（電機(jī)）、位置檢測裝置二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性(在調(diào)速范圍內(nèi))調(diào)速范圍：一般數(shù)控機(jī)床：1mm/min~24m/min，1:24,000先進(jìn)數(shù)控機(jī)床：0~240m/min穩(wěn)定性：指輸出速度的波動要少，尤其是在低速時的平穩(wěn)性顯得特別重要。第一節(jié)概述2023/1/74數(shù)控技術(shù)二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性(在輸出位置精度要高定位精度和重復(fù)定位精度要高。定位精度：它是指數(shù)控機(jī)床各移動軸在確定的終點(diǎn)所能達(dá)到的實(shí)際位置精度，其誤差稱為定位誤差。定位誤差包括伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)等的誤差，還包括移動部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。它將直接影響零件加工的精度。二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求第一節(jié)概述2023/1/75數(shù)控技術(shù)輸出位置精度要高二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求第重復(fù)定位精度：它是指在數(shù)控機(jī)床上，反復(fù)運(yùn)行同一程序代碼，所得到的位置精度的一致程度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進(jìn)給傳動環(huán)節(jié)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。一般情況下，重復(fù)定位精度是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一項(xiàng)非常重要的精度指標(biāo)。二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求第一節(jié)概述2023/1/76數(shù)控技術(shù)重復(fù)定位精度：它是指在數(shù)控機(jī)床上，反復(fù)運(yùn)行同一程序代碼，所得（一）數(shù)控機(jī)床的精度

機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復(fù)定位精度等5種。

一臺機(jī)床的重復(fù)定位精度達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計法)，就是一臺高精度機(jī)床；在0.005mm以下，超高精度機(jī)床（軸承、絲杠）。2023/1/77數(shù)控技術(shù)（一）數(shù)控機(jī)床的精度

機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精3、機(jī)床精度體系：目前我們國家承認(rèn)的有：德國VDI標(biāo)準(zhǔn)、美國NMTBA標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo)GB，國標(biāo)和國際標(biāo)準(zhǔn)差不多。4、

加工出高精度零件，不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。2023/1/78數(shù)控技術(shù)3、機(jī)床精度體系：目前我們國家承認(rèn)的有：德國VDI標(biāo)準(zhǔn)、美國（二）定位精度和重復(fù)定位精度簡介定位精度：是指機(jī)床各坐標(biāo)軸在數(shù)控裝置控制下運(yùn)動所能達(dá)到的位置精度。重復(fù)定位精度：是指數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動部件在同樣條件下在某點(diǎn)定位時，定位誤差的離散度大小。2023/1/79數(shù)控技術(shù)（二）定位精度和重復(fù)定位精度簡介2023/1/79數(shù)控技術(shù)加工中心的定位精度1980年代是0.01～0.02毫米；在1990年代末，定位精度國際上是5～8微米；重復(fù)定位精度在5微米以下，一般是2～4微米。2023/1/710數(shù)控技術(shù)加工中心的定位精度1980年代是0.01～0.02毫米；202、ISO的規(guī)定（1）重復(fù)定位精度-3δ+3δ重復(fù)定位精度軸軸重復(fù)定位精度反向誤差±3δ可以覆蓋實(shí)際中99.73%的位置分布目標(biāo)點(diǎn)單向測試至少測5次；建議雙向。2023/1/711數(shù)控技術(shù)2、ISO的規(guī)定-3δ+3δ重復(fù)定位精度軸軸重復(fù)定位精度反向平均發(fā)生偏移波動（散布）大平均發(fā)生偏移波動（散布）小平均沒有偏移波動（散布）大平均沒有偏移波動（散布）小Bad!Good!2023/1/712數(shù)控技術(shù)平均發(fā)生偏移平均發(fā)生偏移平均沒有偏移平均沒有偏移91110Sigma(標(biāo)準(zhǔn)差)=

(-x)2N2023/1/713數(shù)控技術(shù)91110Sigma(標(biāo)準(zhǔn)差)=(-x2023/1/714數(shù)控技術(shù)2023/1/714數(shù)控技術(shù)（2）定位精度在運(yùn)動軸上建立一些目標(biāo)點(diǎn)，每1～2m5個點(diǎn)，再長則增加；定位精度軸軸定位精度2023/1/715數(shù)控技術(shù)（2）定位精度定位精度軸軸定位精度2023/1/715數(shù)控技2、機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)ISO標(biāo)準(zhǔn)德VDI標(biāo)準(zhǔn)美NMTBA標(biāo)準(zhǔn)日J(rèn)IS標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)每1～2m5個，再長增加取決于軸長，最少5個不定義每50~1000mm一個點(diǎn)，再100mm目標(biāo)接近點(diǎn)次數(shù)單向至少5次單向每米10次最少7次單向1次計定位精度；7次計重復(fù)精度定位精度+3δ與-3δ極限值的最大差無此指標(biāo)定義為精度實(shí)際位置與目標(biāo)的最大差值重復(fù)精度發(fā)散度的最大值與ISO相近與ISO相近最大發(fā)散度除以22023/1/716數(shù)控技術(shù)2、機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)ISO標(biāo)準(zhǔn)德VDI標(biāo)準(zhǔn)美NMTBA標(biāo)準(zhǔn)日2、各標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)（1）美國NMTBA標(biāo)準(zhǔn)：與ISO非常相近；單向測量；精度與軸長有關(guān)；以正負(fù)值反映精度。2023/1/717數(shù)控技術(shù)2、各標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)2023/1/717數(shù)控技術(shù)（2）德國VDI標(biāo)準(zhǔn)：與ISO相近；最復(fù)雜的一種標(biāo)準(zhǔn)，其中一些指標(biāo)須仔細(xì)分析；定位精度分成四部分，定位不確定性最相近于ISO種的定位精度；2023/1/718數(shù)控技術(shù)（2）德國VDI標(biāo)準(zhǔn)：2023/1/718數(shù)控技術(shù)（3）日本JIS標(biāo)準(zhǔn)：與ISO相差較遠(yuǎn)；比前三種精度標(biāo)準(zhǔn)簡單，遠(yuǎn)不如這些標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確；定位精度一次往返測量，是目標(biāo)點(diǎn)與實(shí)際點(diǎn)之間的偏差，不考慮±3δ分布；重復(fù)精度為測量的最大分散度除以2，前加±號；測量結(jié)果感覺比其它標(biāo)準(zhǔn)的精度都高，數(shù)值比為1：2。2023/1/719數(shù)控技術(shù)（3）日本JIS標(biāo)準(zhǔn)：2023/1/719數(shù)控技術(shù)負(fù)載特性要硬當(dāng)負(fù)載變化時，輸出速度應(yīng)基本不變。即△F盡可能?。划?dāng)負(fù)載突變時，要求速度的恢復(fù)時間短且無振蕩。即△t盡可能短；應(yīng)有足夠的過載能力。這是要求伺服系統(tǒng)有良好的靜態(tài)與動態(tài)剛度。tF△t△F第一節(jié)概述二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求2023/1/720數(shù)控技術(shù)負(fù)載特性要硬tF△t△F第一節(jié)概響應(yīng)速度快且無超調(diào)達(dá)到最大穩(wěn)態(tài)速度的時間tp

應(yīng)盡可能短。通常要求從0→Fmax（Fmax→0），其時間應(yīng)小于200ms，否則對機(jī)械部件不利，加工質(zhì)量下降。tFtp第一節(jié)概述二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求2023/1/721數(shù)控技術(shù)響應(yīng)速度快且無超調(diào)tFtp第一節(jié)概反向死區(qū)小、頻繁啟停和正反運(yùn)動。系統(tǒng)的可靠性高，維護(hù)使用方便，成本低。

綜上所述：對伺服系統(tǒng)的要求包括靜態(tài)和動態(tài)特性兩方面；對高精度的數(shù)控機(jī)床，對其動態(tài)性能的要求更嚴(yán)。第一節(jié)概述二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求2023/1/722數(shù)控技術(shù)反向死區(qū)小、頻繁啟停和正反運(yùn)動。第一節(jié)開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)驅(qū)動裝置：步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)；控制指令脈沖的數(shù)量、頻率、及通電順序，即可執(zhí)行部件的位移、速度和運(yùn)動方向；精度低，定位精度±0.02mm，采取補(bǔ)償措施可達(dá)±0.01mm；速度低，脈沖當(dāng)量在0.01mm時，不超過5m/min;第一節(jié)概述三、開環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/723數(shù)控技術(shù)開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第一節(jié)概述三、開結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低廉，用于精度要求不高的場合；20世紀(jì)70年代曾經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。第一節(jié)概述三、開環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/724數(shù)控技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低廉，用于精度要求不高2.閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)驅(qū)動裝置：直流或交流伺服電機(jī)、電液伺服馬達(dá)；控制指令脈沖的數(shù)量、頻率、及通電順序，即可執(zhí)行部件的位移、速度和運(yùn)動方向；精度高，定位精度±0.005～0.01mm，先進(jìn)水平可達(dá)±0.1μm；進(jìn)給速度，一般可達(dá)1～30m/min;第一節(jié)概述三、開環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/725數(shù)控技術(shù)2.閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第一節(jié)概第二節(jié)伺服電機(jī)及其調(diào)速、概述驅(qū)動系統(tǒng)的速度指令經(jīng)變換和放大后，作為伺服電機(jī)的輸入量，使電機(jī)以一定的速度角位移或直線位移。電機(jī)：它提供執(zhí)行部件運(yùn)動所需的動力，在數(shù)控機(jī)床上目前常用的電機(jī)有：步進(jìn)電機(jī)直流伺服電機(jī)（20世紀(jì)70年代和中期）交流伺服電機(jī)直線電機(jī)。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/726數(shù)控技術(shù)第二節(jié)伺服電機(jī)及其調(diào)速、概述第四章進(jìn)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置二、步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)流行于70年代，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、維修方面。目前仍有相當(dāng)?shù)氖袌?。用于小容量、低速、精度要不高的場合，如?jīng)濟(jì)型數(shù)控；打印機(jī)、繪圖機(jī)等計算機(jī)的外部設(shè)備。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)2023/1/727數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置二、步進(jìn)電機(jī)第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動1、步進(jìn)電機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)分類方式具體類型按力矩產(chǎn)生原理（1）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行（2）激磁式：定、轉(zhuǎn)子均有激磁繞組（或轉(zhuǎn)子用永久磁鋼），由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行按輸出力矩大?。?）伺服式：輸出力矩在百分之幾到十分之幾（N.m）（2）功率式:輸出力矩在5~50N.m以上，可直接驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大負(fù)載按定子數(shù)（1）單定子式（2）雙定子式（3）三定子式（4）多定子式按各相繞組分布（1）徑向分相式：電機(jī)各相按圓周依次排列（2）軸向分相式：電機(jī)各相按軸向依次排列2023/1/728數(shù)控技術(shù)伺服驅(qū)動1、步進(jìn)電機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)分類方式具體類型（1）反應(yīng)式、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)定子鐵心上每個齒有5個小齒；轉(zhuǎn)子上有40個齒，相鄰兩齒的齒距角為9度；2023/1/729數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置三相定子磁極上的小齒在空間上依次錯開1／3齒距角。轉(zhuǎn)子齒和A向磁極對齊時，B相磁極小齒沿反時針超前轉(zhuǎn)子齒1/3齒距角；C相磁極小齒沿反時針超前轉(zhuǎn)子齒2/3齒距角.2023/1/730數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置三相定子磁極上的小齒在空間上依次錯開1、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置2.步進(jìn)電機(jī)的工作原理電磁鐵的作用原理；三相單三拍通電方式A→B→C→A→…A→C→B→A→…定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過3度。三相六拍A→AB→B→BC→C→CA→A→…2023/1/731數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置2.步進(jìn)電機(jī)的工作原理電磁鐵的作用原、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置結(jié)論步進(jìn)電機(jī)定子繞阻的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步矩角α；改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變；步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快；步進(jìn)電機(jī)的步矩角α與定子繞組相數(shù)m、通電方式k（m相m拍時k=1,m相2m拍時k=2，N為定子繞組的相數(shù)）、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z有關(guān)

：2023/1/732數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置結(jié)論2023/1/732數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置3．步進(jìn)電機(jī)的主要特性(1)步距角和靜態(tài)步距誤差。步進(jìn)電機(jī)的步距角。是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)，常見的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為0.5°～3°，步距角越小，加工精度越高。靜態(tài)步距誤差。理論的步距角和實(shí)際的步距角之差，一般在10‘之內(nèi)。主要由步進(jìn)電機(jī)齒距制造誤差，定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻以及各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等因素造成的。2023/1/733數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置3．步進(jìn)電機(jī)的主要特性2023/1/二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置（2）啟動頻率fq：空載時，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率。若啟動時頻率大于突跳頻率，步進(jìn)電機(jī)就不能正常啟動。fq與負(fù)載慣量有關(guān)，隨著負(fù)載慣量的增長而下降?？蛰d啟動時，步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)頻率的變化不能高于該突跳頻率。2023/1/734數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置（2）啟動頻率fq：空載時，步進(jìn)電二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置

(3)連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率fmax。步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時，保證不丟步運(yùn)行的極限頻率fmax，稱為最高工作頻率。它決定定子繞組通電狀態(tài)最高的變化頻率，并決定了步進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。2023/1/735數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置(3)連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率fma二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置（4）加減速特性：由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程，定子繞組通電狀態(tài)變化的頻率與時間的關(guān)系。用加速時間常數(shù)Ta和Tb描述其加減速特性。工作f0.632f2023/1/736數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置（4）加減速特性：由靜止到工作頻率和二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置(5)矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性M＝F(f)，描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入頻率之間的關(guān)系，如下圖所示。該特性上每一個頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩，動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而下降。0161284123M（Nm）f（x103Hz）2023/1/737數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置(5)矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩016128三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速伺服電機(jī)概述伺服電機(jī)將接收到的控制電壓信導(dǎo)轉(zhuǎn)換為角位移或角速度輸出。改變控制電壓的極性和大小，即可改變伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)2023/1/738數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速伺服電機(jī)概述第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速伺服電機(jī)的特性：

(1)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。有控制電壓時，伺服電機(jī)應(yīng)迅速作出反應(yīng)、完成執(zhí)行任務(wù)；無控制信號時，應(yīng)立即停止轉(zhuǎn)動。(2)調(diào)速范圍寬。當(dāng)控制電壓在較大范圍內(nèi)變化時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也要在較大的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。2023/1/739數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速伺服電機(jī)的特性：2023/1/739數(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速(3)機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好。機(jī)械特性：控制電壓一定時，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系。調(diào)節(jié)特性：電機(jī)轉(zhuǎn)矩一定時，轉(zhuǎn)速隨電壓的變化關(guān)系。(4)快速響應(yīng)。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量較小，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能隨控制電壓的改變而迅速變化。20世紀(jì)80~90年代中期，永磁式直流伺服電機(jī)在NC機(jī)床中廣泛采用。2023/1/740數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速(3)機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速2.直流伺服電動機(jī)的工作原理直流伺服電動機(jī)與普通直流他勵電動機(jī)在原理上相似。伺服電機(jī)容量小，可采用永久磁鐵磁極，不需要直流勵磁繞組。2023/1/741數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速2.直流伺服電動機(jī)的工作原理2023三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速直流電動機(jī)的工作原理2023/1/742數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速直流電動機(jī)的工作原理2023/三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子、轉(zhuǎn)子、換向器和電刷2023/1/743數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)2023/1/743數(shù)控三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速3.直流伺服電動機(jī)的調(diào)速直流伺服電機(jī)的電壓平衡方程:反電勢(感應(yīng)電勢)Ce:電機(jī)常數(shù)，n:轉(zhuǎn)速,Φ:磁通。IaEaRtURjIjUj2023/1/744數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速3.直流伺服電動機(jī)的調(diào)速IaEaR三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速調(diào)速方法:（1）改變電樞電壓U；增加調(diào)壓設(shè)備，由額點(diǎn)電壓向下調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍大，是直流電機(jī)常用的調(diào)速方法；（2）改變磁通量Φ；調(diào)節(jié)Rj雖容易，但激磁回路電感大，調(diào)速快速性差，轉(zhuǎn)速只能調(diào)高；電機(jī)轉(zhuǎn)速：（3）在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rt，則轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，電阻上的損耗大，不經(jīng)濟(jì)。2023/1/745數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速調(diào)速方法:電機(jī)轉(zhuǎn)速：（3）在電樞回路中三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速4.大慣量直流伺服電機(jī)又稱寬調(diào)速直流伺服電機(jī)，現(xiàn)代閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中廣泛使用。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：激磁方式為永磁式，增大輸出轉(zhuǎn)矩的措施：其中：Ce：電機(jī)常數(shù)；p:磁極對數(shù)；N:電摳繞組總數(shù);a:并聯(lián)支路數(shù)。采用高性能的磁性材料；改善電極結(jié)構(gòu)：增加槽數(shù)和槽的截面積，增加磁極對數(shù)p，使得并聯(lián)支路對數(shù)a=1；2023/1/746數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速4.大慣量直流伺服電機(jī)2023/1優(yōu)點(diǎn)：低速時轉(zhuǎn)矩大，過載倍數(shù)大（額定轉(zhuǎn)矩10倍以上），時間長；慣量大，輸出轉(zhuǎn)矩大，可與絲桿直接相聯(lián)。調(diào)速范圍大：從0到1000～1500r/min。帶有內(nèi)裝式高精度測速裝置和位置檢測元件（旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼盤等）；第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速2023/1/747數(shù)控技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速202缺點(diǎn)：電機(jī)允許溫度達(dá)150°以上，由于溫升高，影響機(jī)床精度；因轉(zhuǎn)子慣性大，電源容量以及機(jī)械傳動件的剛度都需相應(yīng)增大；電刷、維護(hù)不便。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速2023/1/748數(shù)控技術(shù)缺點(diǎn)：第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速202由于直流伺服電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，80年代初至90年代中，在要求調(diào)速性能較高的場合，直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但其卻存在一些固有的缺點(diǎn)。交流伺服電機(jī)則沒有上述缺點(diǎn)。特別是在同樣體積下，交流伺服電機(jī)的輸出功率比直流電機(jī)提高10%～70%，且可達(dá)到的轉(zhuǎn)速比直流電機(jī)高。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速2023/1/749數(shù)控技術(shù)由于直流伺服電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，80年代初至90年四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)交流電機(jī)交流感應(yīng)電機(jī)（異步電機(jī)）：結(jié)構(gòu)簡單，容量大、價格低，一般用作主運(yùn)動的驅(qū)動電機(jī)交流同步電機(jī)1、分類2023/1/750數(shù)控技術(shù)四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)交流電機(jī)交流四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速交流異步電機(jī)原理n0nFFNS感應(yīng)電動勢由右手定則確定；電磁力由左手定則確定。2023/1/751數(shù)控技術(shù)四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速交流異步電機(jī)原理n0nFFNS感應(yīng)電動四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速三相異步電機(jī)中，定子鐵心的繞組通入三相電流：轉(zhuǎn)差率：s=(n0-n)/n0轉(zhuǎn)速：n=60f(1-s)/p2023/1/752數(shù)控技術(shù)四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速三相異步電機(jī)中，定子鐵心的繞組通入三相四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速交流同步電機(jī)原理轉(zhuǎn)速：n=n0=60f/p2023/1/753數(shù)控技術(shù)四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速交流同步電機(jī)原理轉(zhuǎn)速：n=n0=60f四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)編碼器轉(zhuǎn)子(永磁體)定子繞組線圈接線合電機(jī)軸交流同步伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)2023/1/754數(shù)控技術(shù)四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)編碼器轉(zhuǎn)子(.交流伺服電機(jī)的速度控制單元

交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速n調(diào)速的理論基礎(chǔ)第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)、交流伺服電機(jī)及調(diào)速調(diào)節(jié)f即可改變轉(zhuǎn)速，但：結(jié)論：交流伺服電機(jī)變頻調(diào)速的關(guān)鍵是要獲得可調(diào)頻調(diào)壓的交流電源。f:電源頻率；s:轉(zhuǎn)速的差滑率；p:電機(jī)的極對數(shù)2023/1/755數(shù)控技術(shù).交流伺服電機(jī)的速度控制單元交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速n調(diào)速的調(diào)頻調(diào)壓電源的分類

電機(jī)變頻調(diào)速的方法：相位控制；矢量變換控制；PWM控制；磁場控制；第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)四、交流伺服電機(jī)及調(diào)速電壓型電流型交－直－交（間接式）交－交（直接式）變頻器2023/1/756數(shù)控技術(shù)調(diào)頻調(diào)壓電源的分類第三第三節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測裝置、概述組成：檢測元件（傳感器）、信號處理裝置；作用：實(shí)時測量執(zhí)行部件的位移和速度，變換成位置控制單元所要求的信號形式；將運(yùn)動部件現(xiàn)實(shí)位置反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)、半閉環(huán)控制。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測裝置的精度決定的，在設(shè)計數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時，必須精心選擇位置檢測裝置。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/757數(shù)控技術(shù)第三節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測裝置、概述第四章進(jìn)給一、概述進(jìn)給伺服系統(tǒng)對位置測量裝置的要求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，抗干擾能力強(qiáng)；能滿足精度和速度的要求：分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率（一個數(shù)量級）；最高允許的檢測速度應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度。先進(jìn)水平：1μm/240m/min，0.1μm/24m/min，最高分辨率：0.01μm使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；成本低。第二節(jié)位置檢測裝置2023/1/758數(shù)控技術(shù)一、概述進(jìn)給伺服系統(tǒng)對位置測量裝置的要求第二節(jié)位置.位置檢測裝置的分類按輸出信號的形式分類：數(shù)字式和模擬式數(shù)字式：用數(shù)字表示被測量，可直接送至數(shù)控裝置處理和顯示。光柵檢測裝置、脈沖編碼器；結(jié)構(gòu)簡單、位移脈沖信號抗干擾能力強(qiáng)。模擬式：用連續(xù)變量表示被測量，如電壓的幅值、相位變化。旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器可直接發(fā)送至數(shù)控系統(tǒng)與指令電壓比較，也可變換成數(shù)字脈沖信號，再送至數(shù)控系統(tǒng)比較和顯示。第二節(jié)位置檢測裝置一、概述2023/1/759數(shù)控技術(shù).位置檢測裝置的分類按輸出信號的形式分類：數(shù)字式和模擬第二節(jié)位置檢測裝置按測量基點(diǎn)的類型分類：增量式和絕對式增量式測量位移增量，并用數(shù)字脈沖的個數(shù)表示位移；位移量為累加值，一旦某處測量有誤，后續(xù)量都有誤；加工中因故障停機(jī)，檢修后回停機(jī)前位置，須回起始位置，再計算起點(diǎn)到停機(jī)位置的距離。光柵、脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁柵。絕對式測量被測部件絕對位置，轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字信號后輸出；絕對式脈沖編碼盤，三速式脈沖編碼盤；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分辨率和測量范圍受一定限制。一、概述2023/1/760數(shù)控技術(shù)第二節(jié)位置檢測裝置按測量基點(diǎn)的類型分類：增量式和絕對第二節(jié)位置檢測裝置按位置檢測元件的安裝部位：直接型和間接型直接型安裝在執(zhí)行部件上，直接測量直線位移量；構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)；直線光柵、直線感應(yīng)同步器、磁柵、激光干涉儀等；間接型安裝在執(zhí)行部件前的傳動元件或驅(qū)動電機(jī)上，測量角位移，經(jīng)過傳動比換算得到直線位移；構(gòu)成半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；旋轉(zhuǎn)變壓器、圓光柵、圓感應(yīng)同步器等。一、概述2023/1/761數(shù)控技術(shù)第二節(jié)位置檢測裝置按位置檢測元件的安裝部位：直接型和.感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)及分類結(jié)構(gòu)sincos節(jié)距2τ（2mm）節(jié)距（0.5mm）絕緣粘膠銅箔鋁箔耐切削液涂層基板(鋼、銅)定尺滑尺第二節(jié)位置檢測裝置2023/1/762數(shù)控技術(shù).感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)及分類sincos節(jié)距2τ分類第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/763數(shù)控技術(shù)分類第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器202感應(yīng)同步器的工作原理.

原理類似于異步電機(jī)，滑尺移動時，定尺繞組中的感應(yīng)電壓發(fā)生變化，檢測感應(yīng)電壓的變化，可得到執(zhí)行部件的位移量。第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/764數(shù)控技術(shù)感應(yīng)同步器的工作原理.原理類似于異步電機(jī)，滑尺移動US感應(yīng)同步器的工作原理第二節(jié)位置檢測裝置U0U0θ1USUSUSUS定尺滑尺.感應(yīng)同步器θ12023/1/765數(shù)控技術(shù)US感應(yīng)同步器的工作原理第二節(jié)位置檢測裝置U0U感應(yīng)同步器的信號處理原理滑尺正弦繞組上加激磁電壓Us后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為：

Uos=KUScosθ1滑尺余弦繞組上加激磁電壓Uc后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為：

Uoc=KUccos（θ1+π/2）=－KUcsinθ1第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/766數(shù)控技術(shù)感應(yīng)同步器的信號處理原理滑尺正弦繞組上加激磁電壓Us后，與滑尺正、余旋繞組上同時加激磁電壓Us、Uc時，根據(jù)疊加原理，則與之相耦合的定尺繞組上的總感應(yīng)電壓為：

Uo=Uos+Uos=KUScosθ1－KUcsinθ1K—電磁感應(yīng)系數(shù)

θ1—定尺繞組上的感應(yīng)電壓的相位角第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/767數(shù)控技術(shù)滑尺正、余旋繞組上同時加激磁電壓Us、Uc時，根據(jù)疊加原理滑尺與定尺相對位移量x的求取：∵2τ:2π=x:θ1∴x=τθ1／π結(jié)論：相對位移量x與相位角θ1呈線性關(guān)系，只要能測出相位角θ1，就可求得位移量x。根據(jù)滑尺正、余旋繞組上激磁電壓Us、Uc供電方式的不同可構(gòu)成不同檢測系統(tǒng)——-鑒相型系統(tǒng)和鑒幅型系統(tǒng)。第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/768數(shù)控技術(shù)滑尺與定尺相對位移量x的求?。旱诙?jié)位置鑒相型系統(tǒng)的工作原理在鑒相型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、幅值相同，相位差為π/2的交變電壓：

US=UmsinωtUC=Umcosωt則：Uo=Uos+Uos=KUScosθ1－KUcsinθ1

=KUmsinωtcosθ1－KUmcosωt

sinθ1

=KUmsin（ωt－θ1）結(jié)論：只要能測出Uo與US相位差θ1，就可求得滑尺與定尺相對位移量x。第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/769數(shù)控技術(shù)鑒相型系統(tǒng)的工作原理在鑒相型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率鑒幅型系統(tǒng)的工作原理在鑒幅型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、相位相同，幅值不同的交變電壓：

US=UmsinasinωtUC=Umcosasinωta角可變，稱為電氣角；

Uo=Uos+Uos=KUScosθ1－KUcsinθ1=KUmsinacosθ1sinωt－KUmcosasinωtsinθ1=KUmsin（a－θ1）sinωt結(jié)論：只要能測出Uo與US相位差θ1，就可求得滑尺與定尺相對位移量x。第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/770數(shù)控技術(shù)鑒幅型系統(tǒng)的工作原理在鑒幅型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、相感應(yīng)同步器的特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)特點(diǎn)精度高；對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)：抗?jié)?、溫度、熱變形影響的能力?qiáng)；維護(hù)簡單、壽命長：非接觸測量，無磨損，精度保持性好。第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/771數(shù)控技術(shù)感應(yīng)同步器的特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)特點(diǎn)第二節(jié)位置測量距離長：通過接長可滿足大行程測量的要求?！?lián)方式n<10串并聯(lián)方式n≥10第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/772數(shù)控技術(shù)測量距離長：通過接長可滿足大行程測量的要求?！褂米⒁馐马?xiàng)在安裝方面：保證安裝精度（安裝面的精度、定尺與滑尺的相對位置精度、接縫的調(diào)整精度）加裝防護(hù)裝置（避免切屑、油污、灰塵的影響）第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器2023/1/773數(shù)控技術(shù)使用注意事項(xiàng)第二節(jié)位置檢測裝置.感應(yīng)同步器.脈沖編碼器脈沖編碼器又稱碼盤，是一種回轉(zhuǎn)式數(shù)字測量元件。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式碼盤可分為接觸式、光電式和電磁式3種。光電碼盤在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多，由霍爾效應(yīng)構(gòu)成的電磁碼盤則可用作速度檢測元件。它可分為絕對式和增量式兩種。第二節(jié)位置檢測裝置2023/1/774數(shù)控技術(shù).脈沖編碼器脈沖編碼器又稱碼盤，是一種回轉(zhuǎn)式數(shù)字測量元件.增量脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理信號處理裝置abz圓光柵透鏡光源光敏元件透光狹縫指示光柵節(jié)距τ(m+1/4)τ第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/775數(shù)控技術(shù).增量脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理信號處理裝置abz信號處理裝置abz節(jié)距τm+τ/4.脈沖編碼器AAa2023/1/776數(shù)控技術(shù)信號處理裝置abz節(jié)距τm+τ/4.脈沖編碼器AAa20光敏元件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過信號處理裝置的整形、放大等處理后輸出,輸出的波形有六路。AB90°Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/777數(shù)控技術(shù)光敏元件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過信號處理裝置的整形、放輸出信號的作用及其處理

A、B兩相的作用根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測軸的角位移；根據(jù)脈沖的頻率可得被測軸的轉(zhuǎn)速；根據(jù)A、B兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測軸旋轉(zhuǎn)方向。AB90O第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/778數(shù)控技術(shù)輸出信號的作用及其處理A、B兩相的作用AB90O第二

Z相的作用被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號。被測軸的周向定位基準(zhǔn)信號；Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈.脈沖編碼器第二節(jié)位置檢測裝置2023/1/779數(shù)控技術(shù)Z相的作用Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈.脈沖編碼器第二節(jié)增量式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)；常用的規(guī)格有2,000p/r,

2,500p/r,

3,000p/r；高分辨率：

20,000p/r,

25,000p/r,

30,000p/r,

10萬p/r。選擇：①伺服系統(tǒng)要求的分辨率；②滾珠絲杠的導(dǎo)程。分辨率（分辨角）α設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為np/r：第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/780數(shù)控技術(shù)增量式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格第二節(jié)位置檢.絕對式編碼器絕對角度位移檢測裝置；輸出信號為某種規(guī)律的數(shù)碼信號；位移量要用起點(diǎn)和終點(diǎn)的數(shù)碼信號運(yùn)算后得到；有接觸式、光電式和電磁式，常用的為光電式。第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/781數(shù)控技術(shù).絕對式編碼器絕對角度位移檢測裝置；第二節(jié)位置光電式編碼盤結(jié)構(gòu)和原理有光源、編碼盤、光電元件等，主要零件位編碼盤；碼盤基片上有多圈碼道，且每碼道的刻線數(shù)相等；對應(yīng)每圈都有光電傳感器；輸出信號的路數(shù)與碼盤圈數(shù)成正比；檢測信號按某種規(guī)律編碼輸出，故可測得被測軸的周向絕對位置。010111100110011110001001101010111100110111110000000100100011010023222120第二節(jié)位置檢測裝置三.脈沖編碼器2023/1/782數(shù)控技術(shù)光電式編碼盤結(jié)構(gòu)和原理010111100編碼方式及特點(diǎn)二進(jìn)制編碼：特點(diǎn)：編碼循序與位置循序相一致，但誤讀幾率較大。分析：01011110011001111000100110101011110011011111000000010010001101001111100023222120第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/783數(shù)控技術(shù)編碼方式及特點(diǎn)0101111001100格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼）任何兩個編碼之間只有一位是變化的，因而可把誤差控制在最小單位上。但編碼與位置循序無直接規(guī)律。111100011101110001000101011101100010001100001000100110111010111023222120第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/784數(shù)控技術(shù)格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼）111100011格雷碼的編碼方法它是從二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換而來的，轉(zhuǎn)換規(guī)則為：將二進(jìn)制碼與其本身右移一位后并舍去末位的數(shù)碼作不進(jìn)位加法，得出的結(jié)果即為格雷碼。例題：將二進(jìn)制碼0101轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的格雷碼：第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/785數(shù)控技術(shù)格雷碼的編碼方法第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2絕對式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格絕對式碼盤的規(guī)格與碼盤碼道數(shù)n有關(guān)；現(xiàn)在市場上提供從4道到18道都有；選擇：①伺服系統(tǒng)要求的分辨率；②考慮機(jī)械傳動系統(tǒng)的參數(shù)。分辨率（分辨角）α設(shè)絕對式碼盤的規(guī)格n道：

第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/786數(shù)控技術(shù)絕對式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格第二節(jié)位置檢測裝置.光電編碼器的特點(diǎn)非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保證性好；允許測量轉(zhuǎn)速高，精度較高；光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強(qiáng)；體積小，便于安裝，適合于機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，光源壽命短；碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動能力差。第二節(jié)位置檢測裝置.脈沖編碼器2023/1/787數(shù)控技術(shù).光電編碼器的特點(diǎn)非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Open-LoopSystem)不帶位置測量反饋裝置的系統(tǒng)；驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)；主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控或普通機(jī)床的數(shù)控化改造。A’相、B’相C’相、…A相、B相C相、…f、nCNC插補(bǔ)指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大步進(jìn)電機(jī)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/788數(shù)控技術(shù)第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Op.步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)的傳動計算目的：計算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當(dāng)量和進(jìn)給速度F的要求。圖中：f—脈沖頻率（HZ）α—步距角（度）

Z1、Z2—傳動齒輪齒數(shù)

t—螺距(mm)

—脈沖當(dāng)量（mm）步進(jìn)電機(jī)Z1Z2tf，第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/789數(shù)控技術(shù).步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)的傳動計算目的：計算選擇合適的參數(shù)以滿傳動比選擇：傳動比i=Z1/Z2與α、、t之間有如下關(guān)系：例：=0.01mmt=6mmα=0.75°一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/790數(shù)控技術(shù)傳動比選擇：一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第四節(jié)典型進(jìn)給速度F：一般步進(jìn)電機(jī)：若：δ=0.01mm則：若δ=0.001mm則：因此，當(dāng)一定時，與δ成正比，故我們在談到步進(jìn)電機(jī)的最高速度時，都應(yīng)指明是在多大的脈沖當(dāng)量δ下的。一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/791數(shù)控技術(shù)進(jìn)給速度F：一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第四節(jié)典型.提高步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)傳動精度的措施影響步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)傳動精度的因素：步進(jìn)電機(jī)的步距角精度；機(jī)械傳動部件的精度；絲桿等機(jī)械傳動部件、支承的傳動間隙；傳動件和支承件的變形。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/792數(shù)控技術(shù).提高步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)傳動精度的措施影響步進(jìn)電機(jī)開傳動間隙補(bǔ)償最初的反向脈沖消除間隙；測量傳動機(jī)構(gòu)間隙，存放在數(shù)控系統(tǒng)的間隙補(bǔ)償單元；反向運(yùn)動時，數(shù)控系統(tǒng)自動將補(bǔ)償值加到進(jìn)給指令中。

螺矩誤差補(bǔ)償采用補(bǔ)償電路或軟件補(bǔ)償?shù)姆椒?，補(bǔ)償滾珠絲桿的螺矩累積誤差；首先測量出進(jìn)給絲杠螺距全行程的位移誤差曲線；在累積誤差達(dá)到一個脈沖當(dāng)量的位置處，用硬件或軟件方法發(fā)出一個正或負(fù)的脈沖，使步進(jìn)電機(jī)多走或少走，校正誤差。一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/793數(shù)控技術(shù)傳動間隙補(bǔ)償一.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第四節(jié)典型進(jìn)給.閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案分類按系統(tǒng)的控制信號類型分：模擬型系統(tǒng)、數(shù)字型系統(tǒng)模擬型系統(tǒng)：特征：這類系統(tǒng)輸入信號、輸出的位置、速度信號也是模擬量；速度和位置檢測元件也是模擬式的。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/794數(shù)控技術(shù).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，不會因誤差導(dǎo)致致命的誤動作?？捎贸Ｒ?guī)儀器儀表直接讀取信息，易于隨時把握系統(tǒng)工作的基本情況。對弱信號信噪分離困難，控制精度的提高受到限制。在零點(diǎn)附近容易受到溫度漂移的影響，使位置控制產(chǎn)生漂移誤差。位置、速度調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)調(diào)整困難，適應(yīng)負(fù)載變化的能力較差。模擬系統(tǒng)這種本質(zhì)缺陷，使它很難滿足高精度位置伺服控制的要求，目前已逐漸被數(shù)字伺服系統(tǒng)所取代。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/795數(shù)控技術(shù)特點(diǎn)：第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺

數(shù)字型系統(tǒng)：特征：這類系統(tǒng)是指至少其位置環(huán)控制與調(diào)節(jié)采用數(shù)字控制技術(shù)，即位置指令和反饋信號都不再是模擬信號改用數(shù)字信號的系統(tǒng)。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/796數(shù)控技術(shù)數(shù)字型系統(tǒng)：第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)特點(diǎn)：對邏輯電平以下的漂移、噪聲不予響應(yīng)，零點(diǎn)定位精度可以得到充分保證?？梢栽黾訑?shù)字信息的位長，以滿足要求的控制精度。由于采用軟件控制，易對結(jié)構(gòu)和參數(shù)修改（如反向間隙、絲杠精度補(bǔ)償），易與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。若數(shù)據(jù)受干擾出錯，這種錯誤可能導(dǎo)致系統(tǒng)致命的誤操作。抑制干擾、防止數(shù)據(jù)出錯，是數(shù)字伺服系統(tǒng)設(shè)計成功的關(guān)鍵。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/797數(shù)控技術(shù)特點(diǎn)：第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺.數(shù)字伺服系統(tǒng)的類型第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/798數(shù)控技術(shù).數(shù)字伺服系統(tǒng)的類型第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).全硬件伺服系統(tǒng)全硬件伺服系統(tǒng)典型的組成方式如圖所示：_

NC裝置－F/V偏差計數(shù)器D/A速度控制與驅(qū)動單元A、B、Z++_++－整形.倍頻.辨向工作臺PG電機(jī)Z第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/799數(shù)控技術(shù)全硬件伺服系統(tǒng)_NC裝置－F/V偏差D/A速度控制柔性差：系統(tǒng)全由硬件構(gòu)成，各調(diào)節(jié)器參數(shù)固定。零漂將影響精度：這類系統(tǒng)依靠D/A，將位置調(diào)節(jié)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬電壓作速度指令信號，其零點(diǎn)漂移將影響定位精度。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7100數(shù)控技術(shù)柔性差：系統(tǒng)全由硬件構(gòu)成，各調(diào)節(jié)器參數(shù)固定。第四節(jié)典半軟件型伺服系統(tǒng)這種系統(tǒng)的位置控制采用軟件實(shí)現(xiàn)，速度控制仍采用硬件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)組成如圖所示：第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)+調(diào)節(jié)運(yùn)算零漂補(bǔ)償硬件速度控制與驅(qū)動單元D/A軟件位置控制ZA、BD0-++-F/V倍頻計數(shù)器工作臺PG電機(jī)+DAV1△SV0U0UA△D△U實(shí)際位置計算△DA指令位置計算△D0/nZ.閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7101數(shù)控技術(shù)半軟件型伺服系統(tǒng)第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)+調(diào)節(jié)運(yùn)位置控制的軟件現(xiàn)可以由NC裝置的CPU實(shí)現(xiàn)，也可以由位置控制模塊自帶的CPU實(shí)現(xiàn)。位置控制的調(diào)節(jié)運(yùn)算部分由軟件實(shí)現(xiàn)：調(diào)節(jié)器的參數(shù)容易修改；調(diào)節(jié)算法可采用較復(fù)雜的算法，以提高控制性能可增加許多輔助功能（故障診斷、脈沖當(dāng)量變換等）零點(diǎn)漂移可通過軟件進(jìn)行補(bǔ)償。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7102數(shù)控技術(shù)位置控制的軟件現(xiàn)可以由NC裝置的CPU實(shí)現(xiàn)，也可以由位置控制由于這種系統(tǒng)的速度單元仍是模擬型的，全硬件型系統(tǒng)中存在的問題同樣存在。由于利用軟件采用一些補(bǔ)償措施，這就使得位置控制精度和控制性能要高于全硬件型的位置伺服系統(tǒng)。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7103數(shù)控技術(shù)由于這種系統(tǒng)的速度單元仍是模擬型的，全硬件型系統(tǒng)中存在的問題全軟件位置伺服系統(tǒng)這種系統(tǒng)是指除電流環(huán)仍為模擬結(jié)構(gòu)外，位置、速度控制均由微機(jī)通過控制軟件來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)組成如圖所示：

NC系統(tǒng)微機(jī)位置、速度控制(D/A輸出)模擬電流控制與功放整形.信頻.辨向A、BZ工作臺PG電機(jī)第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7104數(shù)控技術(shù)全軟件位置伺服系統(tǒng)NC系統(tǒng)微機(jī)模擬電流整形.信頻.辨由于該系統(tǒng)工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，控制性能也優(yōu)于前述兩種系統(tǒng)，在80年代中期以來逐漸占據(jù)了位置伺服系統(tǒng)主導(dǎo)地位，成為位置伺服系統(tǒng)的首選方案。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7105數(shù)控技術(shù)第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)

NC裝置單片微機(jī)位置速度電流控制(PWM輸出)晶體管放大器電流檢測整形.信頻.辨向A.B工作臺PG電機(jī)全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)全數(shù)字、采用脈寬調(diào)制（PWM——pulsewidthmodulation）控制的位置伺服系統(tǒng)如下圖所示。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7106數(shù)控技術(shù)NC裝置單片微機(jī)晶體管電流檢測整形.信頻.辨向A.B工作系統(tǒng)的所有控制調(diào)節(jié)全部由軟件完成，直接輸出邏輯電平的脈寬調(diào)制控制信號，驅(qū)動功率晶體管放大器，對伺服電機(jī)進(jìn)行控制。調(diào)節(jié)器的全部軟件化使控制理論中的許多控制思想和手段，包括經(jīng)典的、現(xiàn)代的、智能的等新型的控制方法都可以方便地引進(jìn)來。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7107數(shù)控技術(shù)系統(tǒng)的所有控制調(diào)節(jié)全部由軟件完成，直接輸出邏輯電平的脈寬調(diào)制第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)內(nèi)容提要本章將詳細(xì)討論進(jìn)給伺服系統(tǒng)的軟件硬件結(jié)構(gòu)；進(jìn)給伺服系統(tǒng)基本功能的原理及實(shí)現(xiàn)方法。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7108數(shù)控技術(shù)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)內(nèi)容提要第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)20第一節(jié)概述.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成.定義：進(jìn)給伺服系統(tǒng)(FeedServoSystem)——以移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7109數(shù)控技術(shù)第一節(jié)概述.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成第四章2.組成：伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置（電機(jī)）、位置檢測裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、執(zhí)行部件。3.作用：接收數(shù)控裝置發(fā)出的位移和速度指令信號，由伺服驅(qū)動電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)床的工作臺、主軸架等執(zhí)行部件進(jìn)行工作進(jìn)給和快速進(jìn)給。一、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成第一節(jié)概述2023/1/7110數(shù)控技術(shù)2.組成：伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置（電機(jī)）、位置檢測裝置二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性(在調(diào)速范圍內(nèi))調(diào)速范圍：一般數(shù)控機(jī)床：1mm/min~24m/min，1:24,000先進(jìn)數(shù)控機(jī)床：0~240m/min穩(wěn)定性：指輸出速度的波動要少，尤其是在低速時的平穩(wěn)性顯得特別重要。第一節(jié)概述2023/1/7111數(shù)控技術(shù)二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性(在輸出位置精度要高定位精度和重復(fù)定位精度要高。定位精度：它是指數(shù)控機(jī)床各移動軸在確定的終點(diǎn)所能達(dá)到的實(shí)際位置精度，其誤差稱為定位誤差。定位誤差包括伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)等的誤差，還包括移動部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。它將直接影響零件加工的精度。二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求第一節(jié)概述2023/1/7112數(shù)控技術(shù)輸出位置精度要高二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求第重復(fù)定位精度：它是指在數(shù)控機(jī)床上，反復(fù)運(yùn)行同一程序代碼，所得到的位置精度的一致程度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進(jìn)給傳動環(huán)節(jié)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。一般情況下，重復(fù)定位精度是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一項(xiàng)非常重要的精度指標(biāo)。二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求第一節(jié)概述2023/1/7113數(shù)控技術(shù)重復(fù)定位精度：它是指在數(shù)控機(jī)床上，反復(fù)運(yùn)行同一程序代碼，所得（一）數(shù)控機(jī)床的精度

機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復(fù)定位精度等5種。

一臺機(jī)床的重復(fù)定位精度達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計法)，就是一臺高精度機(jī)床；在0.005mm以下，超高精度機(jī)床（軸承、絲杠）。2023/1/7114數(shù)控技術(shù)（一）數(shù)控機(jī)床的精度

機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精3、機(jī)床精度體系：目前我們國家承認(rèn)的有：德國VDI標(biāo)準(zhǔn)、美國NMTBA標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo)GB，國標(biāo)和國際標(biāo)準(zhǔn)差不多。4、

加工出高精度零件，不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。2023/1/7115數(shù)控技術(shù)3、機(jī)床精度體系：目前我們國家承認(rèn)的有：德國VDI標(biāo)準(zhǔn)、美國（二）定位精度和重復(fù)定位精度簡介定位精度：是指機(jī)床各坐標(biāo)軸在數(shù)控裝置控制下運(yùn)動所能達(dá)到的位置精度。重復(fù)定位精度：是指數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動部件在同樣條件下在某點(diǎn)定位時，定位誤差的離散度大小。2023/1/7116數(shù)控技術(shù)（二）定位精度和重復(fù)定位精度簡介2023/1/79數(shù)控技術(shù)加工中心的定位精度1980年代是0.01～0.02毫米；在1990年代末，定位精度國際上是5～8微米；重復(fù)定位精度在5微米以下，一般是2～4微米。2023/1/7117數(shù)控技術(shù)加工中心的定位精度1980年代是0.01～0.02毫米；202、ISO的規(guī)定（1）重復(fù)定位精度-3δ+3δ重復(fù)定位精度軸軸重復(fù)定位精度反向誤差±3δ可以覆蓋實(shí)際中99.73%的位置分布目標(biāo)點(diǎn)單向測試至少測5次；建議雙向。2023/1/7118數(shù)控技術(shù)2、ISO的規(guī)定-3δ+3δ重復(fù)定位精度軸軸重復(fù)定位精度反向平均發(fā)生偏移波動（散布）大平均發(fā)生偏移波動（散布）小平均沒有偏移波動（散布）大平均沒有偏移波動（散布）小Bad!Good!2023/1/7119數(shù)控技術(shù)平均發(fā)生偏移平均發(fā)生偏移平均沒有偏移平均沒有偏移91110Sigma(標(biāo)準(zhǔn)差)=

(-x)2N2023/1/7120數(shù)控技術(shù)91110Sigma(標(biāo)準(zhǔn)差)=(-x2023/1/7121數(shù)控技術(shù)2023/1/714數(shù)控技術(shù)（2）定位精度在運(yùn)動軸上建立一些目標(biāo)點(diǎn)，每1～2m5個點(diǎn)，再長則增加；定位精度軸軸定位精度2023/1/7122數(shù)控技術(shù)（2）定位精度定位精度軸軸定位精度2023/1/715數(shù)控技2、機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)ISO標(biāo)準(zhǔn)德VDI標(biāo)準(zhǔn)美NMTBA標(biāo)準(zhǔn)日J(rèn)IS標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)每1～2m5個，再長增加取決于軸長，最少5個不定義每50~1000mm一個點(diǎn)，再100mm目標(biāo)接近點(diǎn)次數(shù)單向至少5次單向每米10次最少7次單向1次計定位精度；7次計重復(fù)精度定位精度+3δ與-3δ極限值的最大差無此指標(biāo)定義為精度實(shí)際位置與目標(biāo)的最大差值重復(fù)精度發(fā)散度的最大值與ISO相近與ISO相近最大發(fā)散度除以22023/1/7123數(shù)控技術(shù)2、機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)ISO標(biāo)準(zhǔn)德VDI標(biāo)準(zhǔn)美NMTBA標(biāo)準(zhǔn)日2、各標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)（1）美國NMTBA標(biāo)準(zhǔn)：與ISO非常相近；單向測量；精度與軸長有關(guān)；以正負(fù)值反映精度。2023/1/7124數(shù)控技術(shù)2、各標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)2023/1/717數(shù)控技術(shù)（2）德國VDI標(biāo)準(zhǔn)：與ISO相近；最復(fù)雜的一種標(biāo)準(zhǔn)，其中一些指標(biāo)須仔細(xì)分析；定位精度分成四部分，定位不確定性最相近于ISO種的定位精度；2023/1/7125數(shù)控技術(shù)（2）德國VDI標(biāo)準(zhǔn)：2023/1/718數(shù)控技術(shù)（3）日本JIS標(biāo)準(zhǔn)：與ISO相差較遠(yuǎn)；比前三種精度標(biāo)準(zhǔn)簡單，遠(yuǎn)不如這些標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確；定位精度一次往返測量，是目標(biāo)點(diǎn)與實(shí)際點(diǎn)之間的偏差，不考慮±3δ分布；重復(fù)精度為測量的最大分散度除以2，前加±號；測量結(jié)果感覺比其它標(biāo)準(zhǔn)的精度都高，數(shù)值比為1：2。2023/1/7126數(shù)控技術(shù)（3）日本JIS標(biāo)準(zhǔn)：2023/1/719數(shù)控技術(shù)負(fù)載特性要硬當(dāng)負(fù)載變化時，輸出速度應(yīng)基本不變。即△F盡可能?。划?dāng)負(fù)載突變時，要求速度的恢復(fù)時間短且無振蕩。即△t盡可能短；應(yīng)有足夠的過載能力。這是要求伺服系統(tǒng)有良好的靜態(tài)與動態(tài)剛度。tF△t△F第一節(jié)概述二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求2023/1/7127數(shù)控技術(shù)負(fù)載特性要硬tF△t△F第一節(jié)概響應(yīng)速度快且無超調(diào)達(dá)到最大穩(wěn)態(tài)速度的時間tp

應(yīng)盡可能短。通常要求從0→Fmax（Fmax→0），其時間應(yīng)小于200ms，否則對機(jī)械部件不利，加工質(zhì)量下降。tFtp第一節(jié)概述二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求2023/1/7128數(shù)控技術(shù)響應(yīng)速度快且無超調(diào)tFtp第一節(jié)概反向死區(qū)小、頻繁啟停和正反運(yùn)動。系統(tǒng)的可靠性高，維護(hù)使用方便，成本低。

綜上所述：對伺服系統(tǒng)的要求包括靜態(tài)和動態(tài)特性兩方面；對高精度的數(shù)控機(jī)床，對其動態(tài)性能的要求更嚴(yán)。第一節(jié)概述二、NC機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求2023/1/7129數(shù)控技術(shù)反向死區(qū)小、頻繁啟停和正反運(yùn)動。第一節(jié)開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)驅(qū)動裝置：步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)；控制指令脈沖的數(shù)量、頻率、及通電順序，即可執(zhí)行部件的位移、速度和運(yùn)動方向；精度低，定位精度±0.02mm，采取補(bǔ)償措施可達(dá)±0.01mm；速度低，脈沖當(dāng)量在0.01mm時，不超過5m/min;第一節(jié)概述三、開環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7130數(shù)控技術(shù)開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第一節(jié)概述三、開結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低廉，用于精度要求不高的場合；20世紀(jì)70年代曾經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。第一節(jié)概述三、開環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7131數(shù)控技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低廉，用于精度要求不高2.閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)驅(qū)動裝置：直流或交流伺服電機(jī)、電液伺服馬達(dá)；控制指令脈沖的數(shù)量、頻率、及通電順序，即可執(zhí)行部件的位移、速度和運(yùn)動方向；精度高，定位精度±0.005～0.01mm，先進(jìn)水平可達(dá)±0.1μm；進(jìn)給速度，一般可達(dá)1～30m/min;第一節(jié)概述三、開環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7132數(shù)控技術(shù)2.閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第一節(jié)概第二節(jié)伺服電機(jī)及其調(diào)速、概述驅(qū)動系統(tǒng)的速度指令經(jīng)變換和放大后，作為伺服電機(jī)的輸入量，使電機(jī)以一定的速度角位移或直線位移。電機(jī)：它提供執(zhí)行部件運(yùn)動所需的動力，在數(shù)控機(jī)床上目前常用的電機(jī)有：步進(jìn)電機(jī)直流伺服電機(jī)（20世紀(jì)70年代和中期）交流伺服電機(jī)直線電機(jī)。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/1/7133數(shù)控技術(shù)第二節(jié)伺服電機(jī)及其調(diào)速、概述第四章進(jìn)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置二、步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)流行于70年代，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、維修方面。目前仍有相當(dāng)?shù)氖袌?。用于小容量、低速、精度要不高的場合，如?jīng)濟(jì)型數(shù)控；打印機(jī)、繪圖機(jī)等計算機(jī)的外部設(shè)備。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)2023/1/7134數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置二、步進(jìn)電機(jī)第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動1、步進(jìn)電機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)分類方式具體類型按力矩產(chǎn)生原理（1）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行（2）激磁式：定、轉(zhuǎn)子均有激磁繞組（或轉(zhuǎn)子用永久磁鋼），由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行按輸出力矩大?。?）伺服式：輸出力矩在百分之幾到十分之幾（N.m）（2）功率式:輸出力矩在5~50N.m以上，可直接驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大負(fù)載按定子數(shù)（1）單定子式（2）雙定子式（3）三定子式（4）多定子式按各相繞組分布（1）徑向分相式：電機(jī)各相按圓周依次排列（2）軸向分相式：電機(jī)各相按軸向依次排列2023/1/7135數(shù)控技術(shù)伺服驅(qū)動1、步進(jìn)電機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)分類方式具體類型（1）反應(yīng)式、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)定子鐵心上每個齒有5個小齒；轉(zhuǎn)子上有40個齒，相鄰兩齒的齒距角為9度；2023/1/7136數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置三相定子磁極上的小齒在空間上依次錯開1／3齒距角。轉(zhuǎn)子齒和A向磁極對齊時，B相磁極小齒沿反時針超前轉(zhuǎn)子齒1/3齒距角；C相磁極小齒沿反時針超前轉(zhuǎn)子齒2/3齒距角.2023/1/7137數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置三相定子磁極上的小齒在空間上依次錯開1、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置2.步進(jìn)電機(jī)的工作原理電磁鐵的作用原理；三相單三拍通電方式A→B→C→A→…A→C→B→A→…定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過3度。三相六拍A→AB→B→BC→C→CA→A→…2023/1/7138數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置2.步進(jìn)電機(jī)的工作原理電磁鐵的作用原、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置結(jié)論步進(jìn)電機(jī)定子繞阻的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步矩角α；改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變；步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快；步進(jìn)電機(jī)的步矩角α與定子繞組相數(shù)m、通電方式k（m相m拍時k=1,m相2m拍時k=2，N為定子繞組的相數(shù)）、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z有關(guān)

：2023/1/7139數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置結(jié)論2023/1/732數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置3．步進(jìn)電機(jī)的主要特性(1)步距角和靜態(tài)步距誤差。步進(jìn)電機(jī)的步距角。是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)，常見的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為0.5°～3°，步距角越小，加工精度越高。靜態(tài)步距誤差。理論的步距角和實(shí)際的步距角之差，一般在10‘之內(nèi)。主要由步進(jìn)電機(jī)齒距制造誤差，定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻以及各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等因素造成的。2023/1/7140數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置3．步進(jìn)電機(jī)的主要特性2023/1/二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置（2）啟動頻率fq：空載時，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率。若啟動時頻率大于突跳頻率，步進(jìn)電機(jī)就不能正常啟動。fq與負(fù)載慣量有關(guān)，隨著負(fù)載慣量的增長而下降?？蛰d啟動時，步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)頻率的變化不能高于該突跳頻率。2023/1/7141數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置（2）啟動頻率fq：空載時，步進(jìn)電二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置

(3)連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率fmax。步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時，保證不丟步運(yùn)行的極限頻率fmax，稱為最高工作頻率。它決定定子繞組通電狀態(tài)最高的變化頻率，并決定了步進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。2023/1/7142數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置(3)連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率fma二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置（4）加減速特性：由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程，定子繞組通電狀態(tài)變化的頻率與時間的關(guān)系。用加速時間常數(shù)Ta和Tb描述其加減速特性。工作f0.632f2023/1/7143數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置（4）加減速特性：由靜止到工作頻率和二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置(5)矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性M＝F(f)，描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入頻率之間的關(guān)系，如下圖所示。該特性上每一個頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩，動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而下降。0161284123M（Nm）f（x103Hz）2023/1/7144數(shù)控技術(shù)二、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動裝置(5)矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩016128三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速伺服電機(jī)概述伺服電機(jī)將接收到的控制電壓信導(dǎo)轉(zhuǎn)換為角位移或角速度輸出。改變控制電壓的極性和大小，即可改變伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)2023/1/7145數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速伺服電機(jī)概述第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速伺服電機(jī)的特性：

(1)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。有控制電壓時，伺服電機(jī)應(yīng)迅速作出反應(yīng)、完成執(zhí)行任務(wù)；無控制信號時，應(yīng)立即停止轉(zhuǎn)動。(2)調(diào)速范圍寬。當(dāng)控制電壓在較大范圍內(nèi)變化時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也要在較大的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。2023/1/7146數(shù)控技術(shù)三、直流伺服電機(jī)及調(diào)速伺服電機(jī)的特性：2023/1/