第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程

1、第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.1 伺服電機(jī)伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)直線電機(jī)直線電機(jī)第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.1.1 直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)上世紀(jì)九十年上世紀(jì)九十年代數(shù)控系統(tǒng)多代數(shù)控系統(tǒng)多為永磁式直流為永磁式直流伺服電機(jī)。伺服電機(jī)。第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩速度特性曲線：速度特性曲線：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩M速度速度n速度界限速度界限轉(zhuǎn)矩界限轉(zhuǎn)矩界限溫度界限溫度界限換向界限換向界限瞬時(shí)換向界限瞬時(shí)換向界限IIIIII第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程I連續(xù)工作區(qū)：轉(zhuǎn)矩和速度的任意組合都可以連

2、續(xù)工作區(qū)：轉(zhuǎn)矩和速度的任意組合都可以長(zhǎng)時(shí)間工作，轉(zhuǎn)矩基本不變，電機(jī)工作在恒轉(zhuǎn)矩長(zhǎng)時(shí)間工作，轉(zhuǎn)矩基本不變，電機(jī)工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。區(qū)。II斷續(xù)工作區(qū)：電機(jī)只能夠間歇工作。一般情斷續(xù)工作區(qū)：電機(jī)只能夠間歇工作。一般情況指在況指在10分鐘的工作周期內(nèi)，電機(jī)有分鐘的工作周期內(nèi)，電機(jī)有20%40%的時(shí)間在工作。的時(shí)間在工作。III加減速區(qū)：電機(jī)只能用于加速或減速，工加減速區(qū)：電機(jī)只能用于加速或減速，工作一段極短的時(shí)間。作一段極短的時(shí)間。第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程 直流伺服電機(jī)的調(diào)速方法：直流伺服電機(jī)的調(diào)速方法：SRC調(diào)速調(diào)速;PWM(Pulse Width Modulation)調(diào)速調(diào)

3、速.第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程 直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)啟動(dòng)力矩大，低速性能好；啟動(dòng)力矩大，低速性能好；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，可以和絲杠直連；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，可以和絲杠直連；轉(zhuǎn)子的熱容量大，允許過載的時(shí)間長(zhǎng)；轉(zhuǎn)子的熱容量大，允許過載的時(shí)間長(zhǎng)；由于有換向炭刷，致使維護(hù)麻煩，換向時(shí)由于有換向炭刷，致使維護(hù)麻煩，換向時(shí)的火花使最高速度和應(yīng)用環(huán)境受到限制。的火花使最高速度和應(yīng)用環(huán)境受到限制。第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.1.2 交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)目前數(shù)控系統(tǒng)中使用的交流伺服電機(jī)多為永磁同步交目前數(shù)控系統(tǒng)中使用的交流伺服電機(jī)多為永磁同步交流伺服電機(jī)。流伺服電機(jī)。第四章大

4、連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩速度特性曲線：速度特性曲線：第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程 交流伺服電機(jī)的調(diào)速方法：交流伺服電機(jī)的調(diào)速方法：交交直直交變頻；交變頻；交交交變頻；交變頻；第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程 交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)速度高，動(dòng)態(tài)性能好；速度高，動(dòng)態(tài)性能好；無換向炭刷，維護(hù)方便；無換向炭刷，維護(hù)方便；制造成本低廉。制造成本低廉。第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.1.3 直線電機(jī)直線電機(jī)v速度快；速度快；v直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，無機(jī)械中間環(huán)節(jié)，精直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，無機(jī)械中間環(huán)節(jié)，精度高；度高；v安裝維護(hù)和調(diào)試復(fù)雜

5、。安裝維護(hù)和調(diào)試復(fù)雜。第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.2 伺服驅(qū)動(dòng)單元伺服驅(qū)動(dòng)單元6.2.1 伺服驅(qū)動(dòng)單元伺服驅(qū)動(dòng)單元 的工作原理的工作原理第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.2.2 伺服電機(jī)的主回路伺服電機(jī)的主回路第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.3 反饋部件反饋部件脈沖編碼器脈沖編碼器第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程光柵光柵第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.3 .1 脈沖編碼器脈沖編碼器增量式增量式/相對(duì)式脈沖編碼器相對(duì)式脈沖編碼器第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章

6、大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程莫爾干涉條紋的特點(diǎn)：莫爾干涉條紋的特點(diǎn)：放大作用放大作用;W表示柵距，表示柵距，B表示莫爾條紋的紋距（寬表示莫爾條紋的紋距（寬度），度），表示光柵條紋的夾角。則：表示光柵條紋的夾角。則： WWWB 2sin2)sin(2cos均化誤差作用均化誤差作用;莫爾條紋的光強(qiáng)移動(dòng)變化近似于正弦波形。莫爾條紋的光強(qiáng)移動(dòng)變化近似于正弦波形。第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程零脈沖零脈沖第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程絕對(duì)式脈沖編碼器絕對(duì)式脈沖編碼器第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)

7、工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.3 .2 直線光柵尺直線光柵尺第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程安川產(chǎn)品；Heidenhain為代表的EnData。串行絕對(duì)式編碼器串行絕對(duì)式編碼器第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.3.3 反饋脈沖計(jì)數(shù)電路的實(shí)現(xiàn)方法反饋脈沖計(jì)數(shù)電路的實(shí)現(xiàn)方法通用通

8、用IC電路：多采用電路：多采用4位位UP/DOWN計(jì)數(shù)器（例計(jì)數(shù)器（例如如74LS169/669）級(jí)聯(lián)而成，一般為）級(jí)聯(lián)而成，一般為16位位/24位。位。專用計(jì)數(shù)電路：例專用計(jì)數(shù)電路：例HCTL2000系列芯片，片內(nèi)帶系列芯片，片內(nèi)帶有數(shù)字濾波、四倍頻、有數(shù)字濾波、四倍頻、16位位U/D計(jì)數(shù)電路、三態(tài)輸計(jì)數(shù)電路、三態(tài)輸出等功能。出等功能。專用軸控制芯片：例如專用軸控制芯片：例如MCX312/314系列，片內(nèi)系列，片內(nèi)不但具有脈沖計(jì)數(shù)功能，還具有常用的插補(bǔ)功能不但具有脈沖計(jì)數(shù)功能，還具有常用的插補(bǔ)功能和開關(guān)量（限位）控制等功能。和開關(guān)量（限位）控制等功能。使用使用PLD器件，通過軟件編程得到計(jì)數(shù)

9、邏輯。器件，通過軟件編程得到計(jì)數(shù)邏輯。第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.4 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的部件互連閉環(huán)伺服系統(tǒng)的部件互連以安川伺服系統(tǒng)為例。第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.5 閉環(huán)系統(tǒng)的控制方式閉環(huán)系統(tǒng)的控制方式第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程6.6 伺服單元應(yīng)用舉例伺服單元應(yīng)用舉例第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程 式中，式中，nmax為電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速；為電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速；Vm為對(duì)應(yīng)軸要求為對(duì)應(yīng)軸要求的最大進(jìn)給速度（的最大進(jìn)給速度（m/min）；）；i為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比；為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

10、的傳動(dòng)比；h為絲杠螺距；為絲杠螺距；k為裕度系數(shù)（）。為裕度系數(shù)（）。 min)/( maxrhiVknm1） 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不小于實(shí)際系統(tǒng)所要求的最高進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不小于實(shí)際系統(tǒng)所要求的最高進(jìn)給速率，可以取給速率，可以取6.7 伺服電機(jī)的選型伺服電機(jī)的選型第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程2 2）電機(jī)靜扭矩不小于實(shí)際系統(tǒng)的靜態(tài)扭矩）電機(jī)靜扭矩不小于實(shí)際系統(tǒng)的靜態(tài)扭矩 ihgFkhgmhgmMMMMCWFS2sin式中：式中：m為工作臺(tái)及工件總質(zhì)量，單位為工作臺(tái)及工件總質(zhì)量，單位kgkg；2 2；i為減速比，為減速比，i=D1/D2；h為絲杠螺距，單位為絲杠螺距，單位m；為傾角；為傾角；摩擦

11、系摩擦系數(shù)；數(shù)；k k為機(jī)床配重百分比。為機(jī)床配重百分比。 設(shè)系統(tǒng)的靜態(tài)扭矩為設(shè)系統(tǒng)的靜態(tài)扭矩為MS，摩擦扭矩為，摩擦扭矩為MF，重力扭矩為，重力扭矩為MW，切削扭矩為，切削扭矩為MC，則有：，則有：MS = MF + MW + MC第四章大連理工大學(xué)精品課程建設(shè)工程3）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不大于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不大于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的3倍，最佳條倍，最佳條件為二者相等。件為二者相等。2242214142221 3232322 kgmLDiLDLdhmJiJJJJPULLEYPULLEYLEADSCREWTABLELOAD 設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JLOAD，工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JTABLE，滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JLEADSCREW，帶輪，帶輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JPULLEY1，帶輪，帶輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JPULLEY2。則。則第四章大連理工大學(xué)精品課程