安徽工程科技學(xué)院機(jī)械工程系

1、安徽工程科技學(xué)院機(jī)械工程系安徽工程科技學(xué)院機(jī)械工程系二零零六年九月二零零六年九月班級:機(jī)制第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第六章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)第四節(jié)第四節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置數(shù)控機(jī)床的檢測裝置第一節(jié) 概述教案教案 17171.調(diào)速范圍要寬2.精度要高3.響應(yīng)要快4.低速大轉(zhuǎn)矩5.穩(wěn)定性要好，可靠性要高。進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)用途和功能主軸驅(qū)動系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)動作原理直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)電氣驅(qū)動系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)控制原理半閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)二伺服驅(qū)動系統(tǒng)的分類二伺服驅(qū)動系統(tǒng)的分類一數(shù)控機(jī)床對伺服系統(tǒng)的要求一數(shù)控機(jī)床對伺

2、服系統(tǒng)的要求教案教案 1818電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件A相、相、B相相C相、相、f、nCNC插補(bǔ)指令插補(bǔ)指令脈沖頻率脈沖頻率f脈沖個數(shù)脈沖個數(shù)n換算換算脈沖環(huán)脈沖環(huán)形分配形分配變換變換功率功率放大放大a.a.開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)b.b.閉環(huán)閉環(huán)( (半閉環(huán)半閉環(huán)) )伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)位置控制調(diào)位置控制調(diào)節(jié)器節(jié)器+實(shí)際實(shí)際位置位置反饋反饋速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋檢測與反饋單元單元位置控制單元位置控制單元速度控制元件速度控制元件- - -電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際實(shí)際速度速度反饋反饋第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述教案教案 17172.2.

3、進(jìn)給驅(qū)動與主軸驅(qū)動進(jìn)給驅(qū)動與主軸驅(qū)動3.3.直流伺服驅(qū)動與交流伺服驅(qū)動直流伺服驅(qū)動與交流伺服驅(qū)動+位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元-電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋C、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)教案教案 17171.1.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.步進(jìn)電機(jī)的主要特性步進(jìn)電機(jī)的主要特性1).步距角和靜態(tài)步距誤差 步距角指步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。步距角計(jì)算式為： 0360mzka=m定子相數(shù)；z轉(zhuǎn)子齒數(shù)；k拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)一步進(jìn)電機(jī)一步進(jìn)電機(jī)第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系

4、統(tǒng)教案教案 17172).啟動頻率 啟動頻率指空載時，步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率。3).連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率 最高工作頻率指步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時，不丟步運(yùn)行的極限頻率。4).加減速特性 加減速特性是描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關(guān)系。5).矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)距 矩頻特性是描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)教案教案 1717 提高開環(huán)系統(tǒng)伺服精度從結(jié)構(gòu)上講有：改善步進(jìn)電機(jī)的性能、減小步距角、采用精密傳動副、減小傳動鏈中傳動間隙等方法。從控制方法上講

5、有：傳動間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償、細(xì)分線路。1. 1. 傳動間隙補(bǔ)償傳動間隙補(bǔ)償 傳動間隙補(bǔ)償?shù)幕痉椒椋号袆e進(jìn)給方向變化后，首先不向步進(jìn)電機(jī)輸送反向位移脈沖，而是將間隙值換算為脈沖數(shù)，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，越過傳動間隙，待間隙補(bǔ)償結(jié)束后再按指令脈沖進(jìn)行動作。二二. .提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)精度的措施提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)精度的措施第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)教案教案 17172. 2. 螺距誤差補(bǔ)償螺距誤差補(bǔ)償 傳動鏈中的滾珠絲杠螺距累積誤差直接影響工作臺的位移精度，為數(shù)控設(shè)備提供了自動螺距誤差補(bǔ)償功能來解決這個問題。3. 3. 細(xì)分線路細(xì)分線路 細(xì)分線路是把步進(jìn)電機(jī)的一步再分得細(xì)一些。如十細(xì)分線路，將原來輸

6、入一個進(jìn)給脈沖步進(jìn)電機(jī)走一步變?yōu)檩斎胧畟€脈沖才走一步。第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 1818 檢測元件是閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。1 1對位置檢測裝置的要求對位置檢測裝置的要求1)工作可靠，抗干擾性強(qiáng)；3)使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床的工作環(huán)境；2 2位置檢測裝置的分類位置檢測裝置的分類一概述一概述2)能滿足精度和速度的要求；4)成本低。第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 18181. 1. 旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)變壓器是種轉(zhuǎn)角檢測元件。它是一種小型的交流發(fā)電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組能通過固定在殼體上的接線柱直接引出，轉(zhuǎn)子繞組有兩種不同的引出方式，根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的引出

7、方式，旋轉(zhuǎn)變壓器分有刷和無刷兩種。 有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷直接引出。無有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器由旋轉(zhuǎn)變壓器本體和附加變壓器兩大部分組成。二旋轉(zhuǎn)變壓器二旋轉(zhuǎn)變壓器第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 18182. 2. 旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理 旋轉(zhuǎn)變壓器一般采用正弦繞組的繞組形式。當(dāng)激磁電壓加到定子繞組上時，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。設(shè)在定子繞組上的激磁電壓為 ，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 2EtVVmwsin1=tKVKVEmwqqsincoscos12=K電磁耦合系數(shù)mVsV的幅值q轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子的磁軸垂直時，=90。若轉(zhuǎn)子安裝在機(jī)床絲

8、杠上，定子安裝在機(jī)床底座上，則角代表的是絲杠轉(zhuǎn)過的角度，它間接反映了機(jī)床工作臺的位移。則：第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 1818 感應(yīng)同步器是利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕奈恢脵z測元件。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為：旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。1. 1. 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)定尺和滑尺的基板由與機(jī)床熱膨脹系數(shù)相似的鋼板做成、鋼板上用絕緣粘結(jié)劑貼有銅箔，并利用照相腐蝕的辦法做成印制繞組。感應(yīng)同步器定尺和滑尺繞組的節(jié)距相等，均為，這是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)，工藝上要保證其節(jié)距的精度。三感應(yīng)同步器三感應(yīng)同步器第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 1818mV2. 2. 感應(yīng)同步器的

9、工作原理感應(yīng)同步器的工作原理是加在滑尺任一繞組上的激磁交變電壓： 定尺繞組上的感應(yīng)電動勢為： 當(dāng)滑尺移動的距離為X時，則對應(yīng)于感應(yīng)電勢以余弦函數(shù)將變化角： SVtVVmswsin=tKVKVVmSBwqqsincoscos=Kq 電磁耦合系數(shù)的幅值 反映的是定尺和滑尺的相對移動的距離x。SVptptqxx=22設(shè)第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 18181 1光柵的結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu)光柵通常作為高精度數(shù)控機(jī)床的位置檢測元件，將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。光柵分類為：透射光柵是在玻璃表面上制成一系列平行等距的透光縫隙和不透光的柵線，反射光柵是在金屬的鏡面上制成

10、全反射和漫反射間隔相等的條紋。條紋之間的距離稱為柵距。光柵檢測裝置主要由光源、聚光鏡、標(biāo)尺光柵、指示光柵和光敏元件。圓光柵長光柵透射光柵反射光柵四光柵四光柵教案教案 18182 2、光柵的工作原理、光柵的工作原理指示光柵指示光柵標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵q光光柵柵檢檢測測裝裝置置的的組組成成 第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 18183 3、光柵的效應(yīng)光柵的效應(yīng)2sin( /2)WWBqq= 4 4、莫爾條紋的特點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn)橫向效應(yīng)橫向效應(yīng) 縱向效應(yīng)縱向效應(yīng) 斜向效應(yīng)斜向效應(yīng) 直線效應(yīng)直線效應(yīng) 弧線效應(yīng)弧線效應(yīng)第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 1818 4 4、莫爾條紋的特點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn)第三節(jié)

11、 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 18185 5、光柵光柵在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用AB第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 18186 6、光柵產(chǎn)品簡介、光柵產(chǎn)品簡介b.b.敞開式光柵尺敞開式光柵尺a.a.封閉式光柵尺封閉式光柵尺c.c.長度計(jì)長度計(jì) 第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 1818脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的檢測角位移的傳感器。按編碼的方式分為增量式編碼器和絕對式編碼器；按結(jié)構(gòu)分為接觸式編碼器、光電式編碼器和電磁式編碼器。 1.1.增量式光電編碼器增量式光電編碼器 五脈沖編碼器五脈沖編碼器第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置教案教案 18182.2.絕對式光電編

12、碼器絕對式光電編碼器絕對式光電編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制編碼方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。圖表示按二進(jìn)制編碼構(gòu)成絕對式編碼器的工作原理。其中白的部分表示透光，黑的部分表示不透光。當(dāng)光源通過透光部分并為光電接收器接收時表示“1”信息，反之表示“O”信息。最里層的表示最高位，最外層的表示最低位。 第四節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)教案教案 19191.1.直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)1).小慣量直流伺服電機(jī) 2).寬調(diào)速直流伺服電動機(jī) 3).直流伺服電動機(jī)的速度調(diào)節(jié)直流伺服電機(jī)的調(diào)整方法主要是調(diào)整電機(jī)電樞電壓，使用最為廣泛的方法是晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速。一閉環(huán)伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件一閉環(huán)伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件第四節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)教案教案 19192.2.交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)1).交流感應(yīng)異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2).SPWM變頻控制器第四節(jié) 閉環(huán)伺服系