数控机床原理第04章.ppt

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1、第第4章章 数控机床伺服系统数控机床伺服系统4.1 数控机床伺服系统概述数控机床伺服系统概述4.2 直直 流流 伺伺 服服 系系 统统 4.3 交交 流流 伺伺 服服 系系 统统4.4 位位 置置 检检 测测 装装 置置4.1 数控机床伺服系统概述数控机床伺服系统概述 伺服系统是以机械位置或角度作为控伺服系统是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，是一种位置随动制对象的自动控制系统，是一种位置随动系统。数控机床的伺服系统有两种，即进系统。数控机床的伺服系统有两种，即进给伺服系统与主轴伺服系统。给伺服系统与主轴伺服系统。4.1.1 伺服系统的组成伺服系统的组成双闭环系统，内环是速度环，外环

2、是位置环。双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。4.1.2 数控机床对伺服系统的要求1进给调速范围宽进给调速范围宽 最高转速与最低转速之比。最高转速与最低转速之比。2位置精度高位置精度高 保证数控机床的定位精度和进给跟踪保证数控机床的定位精度和进给跟踪精度。闭环伺服系统的分辨率可以达到精度。闭环伺服系统的分辨率可以达到1m。3速度响应快速度响应快4低速大转矩低速大转矩 伺服驱动系统在低速进给时，要有大的伺服驱动系统在低速进给时，要有大的输出转矩。输出转矩。4.1.3 伺服系统的分类伺服系统的分类1按有无反馈分类按有无反馈分类（1）开环伺服系统）开环伺服系统 开环伺服系统无位置反馈装置，是数开

3、环伺服系统无位置反馈装置，是数控机床中最简单的伺服系统控机床中最简单的伺服系统。图4.2 开环伺服系统（2）闭环伺服系统）闭环伺服系统 闭环伺服系统是误差控制随动系统。闭环伺服系统是误差控制随动系统。图4.3 闭环伺服系统（3）半闭环伺服系统）半闭环伺服系统图4.4 半闭环伺服系统 2按驱动装置类型分类按驱动装置类型分类（1）电液伺服系统）电液伺服系统（2）电气伺服系统）电气伺服系统3按进给驱动和主轴驱动分类按进给驱动和主轴驱动分类（1）进给伺服系统）进给伺服系统（2）主轴伺服系统）主轴伺服系统4按反馈比较控制方式分类按反馈比较控制方式分类（1）脉冲、数字比较伺服系统）脉冲、数字比较伺服系统（

4、2）相位比较伺服系统）相位比较伺服系统（3）幅值比较伺服系统）幅值比较伺服系统（4）全数字伺服系统）全数字伺服系统4.2 直直 流流 伺伺 服服 系系 统统 4.2.1 直流伺服电机分类直流伺服电机分类1高速直流伺服电动机高速直流伺服电动机2低速大扭矩宽调速电动机低速大扭矩宽调速电动机4.2.2 永磁直流伺服电动机永磁直流伺服电动机1永永磁磁直直流流伺伺服服电电机机的的结结构构与与特特点点图4.8 永磁式直流宽调速伺服电动机 2永磁直流伺服电机的选用永磁直流伺服电机的选用（1）对直流伺服电机的要求）对直流伺服电机的要求（2）直流伺服电动机的选用）直流伺服电动机的选用4.2.3 直流伺服系统主电

5、路直流伺服系统主电路4.2.4 晶闸管触发电路晶闸管触发电路4.2.5 直流电机晶闸管供电的速度控制系统直流电机晶闸管供电的速度控制系统4.2.6 晶体管直流脉宽（晶体管直流脉宽（PWM）调速系统）调速系统4.3 交交 流流 伺伺 服服 系系 统统4.3.1 交流伺服电机交流伺服电机 固有缺点，如电刷和换向器易于磨损，固有缺点，如电刷和换向器易于磨损，需经常维护；换向时换向器会产生火花，需经常维护；换向时换向器会产生火花，直直流电机结构复杂，制造困难，流电机结构复杂，制造困难，交流电机的输交流电机的输出功率可比直流电机提高出功率可比直流电机提高1070。此外，。此外，交流电机的容量可比直流电机

6、做得大。交流电机的容量可比直流电机做得大。1交流伺服电机的分类和特点交流伺服电机的分类和特点（1）异步交流伺服电机（）异步交流伺服电机（IM）（2）同步交流伺服电机（）同步交流伺服电机（SM）2永磁式交流伺服电机永磁式交流伺服电机（1）结构）结构 永磁式交流伺服电机由定子、转子和检永磁式交流伺服电机由定子、转子和检测元件三部分组成。如图测元件三部分组成。如图4.26、图、图4.27所示。所示。图4.26 永磁交流伺服电机横截面 图4.27 永磁交流伺服电机纵剖面（2）工作原理）工作原理（3）永磁式伺服电机的性能）永磁式伺服电机的性能 永永磁磁式式伺伺服服电电机机的的性性能能可可用用转转矩矩速速

7、度度特性曲线描述。特性曲线描述。高可靠性。高可靠性。主主要要损损耗耗在在定定子子绕绕组组与与铁铁心心上上，故故散散热热容容易易，便便于于安安装装时时采采取取热热保保护护措措施施；而而直直流电机损耗主要在转子上，散热困难。流电机损耗主要在转子上，散热困难。转子惯量小，其结构允许高速工作。转子惯量小，其结构允许高速工作。体积小、质量轻。体积小、质量轻。4.3.2 交流永磁电机调速系统交流永磁电机调速系统1交流电机的一般调速方法交流电机的一般调速方法2交流变频调速系统交流变频调速系统3交流永磁同步电机调速系统交流永磁同步电机调速系统4.3.3 交流主轴驱动系统交流主轴驱动系统1交流主轴电机交流主轴电

8、机2几种新型主轴电机几种新型主轴电机3交流主轴电机的控制方法交流主轴电机的控制方法4主轴准停控制主轴准停控制4.4 位位 置置 检检 测测 装装 置置4.4.1 数控机床对检测元件的要求与检测元件的分类 主要要求是：主要要求是：寿命长，可靠性高，抗寿命长，可靠性高，抗干扰能力强；干扰能力强；满足精度和速度要求；满足精度和速度要求；使用维护方便，适合机床运行环境；使用维护方便，适合机床运行环境；成成本低；本低；便于与计算机联接。便于与计算机联接。常用位置检测元件主要有常用位置检测元件主要有 脉冲编码器、脉冲编码器、旋转变压器、旋转变压器、感应同步器感应同步器 和光栅。和光栅。4.4.2 旋转变压

9、器旋转变压器1旋转变压器的工作原理旋转变压器的工作原理2旋转变压器的工作方式旋转变压器的工作方式4.4.3 脉冲编码器脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器。脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器。1脉冲编码器的工作原理脉冲编码器的工作原理图4.45 光电盘工作原理示意图 2脉冲编码器结构脉冲编码器结构3绝对值脉冲编码器绝对值脉冲编码器通过读取编码盘上的图案确定轴的位置。通过读取编码盘上的图案确定轴的位置。图4.48 光电绝对值编码器 4.4.4 光栅（1）直线光栅（即长光栅）直线光栅（即长光栅）玻璃透射光栅。玻璃透射光栅。金属反射光栅。金属反射光栅。（2）圆光栅）圆光栅（3）计量光栅的精度）计量光栅的精度2工作原理工作原理（a）结构图 （b）输出波形 图4.51 透射直线式光栅原理图 3光栅检测装置光栅检测装置（1）光栅读数头）光栅读数头（2）辨向方法）辨向方法4.4.5 感应同步器感应同步器 是一种电磁式位置检测元件。一般可是一种电磁式位置检测元件。一般可分为直线式和旋转式两种。分为直线式和旋转式两种。1感应同步器结构感应同步器结构图4.58 直线感应同步器