第5章-數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)

1、第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置目錄5.1概述一、伺服系統(tǒng)的組成二、對(duì)伺服系統(tǒng)的要求三、伺服系統(tǒng)的分類(lèi)5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)一、步進(jìn)電機(jī)二、直流伺服電機(jī)三、直流調(diào)整技術(shù)四、交流伺服電機(jī)5.3 位置檢測(cè)裝置一、對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求與分類(lèi)二、旋轉(zhuǎn)變壓器三、感應(yīng)同步器四、脈沖編碼器五、光柵六、磁柵第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置5.1概述一、伺服系統(tǒng)的組成 伺服系統(tǒng)：伺服系統(tǒng)：是指以是指以機(jī)械位置機(jī)械位置或或角度角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它接受來(lái)自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換

2、、調(diào)節(jié)和放系統(tǒng)。它接受來(lái)自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置( (計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)) )和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱(chēng)為數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱(chēng)為位置隨動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服機(jī)位置隨動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服機(jī)構(gòu)或伺服單元構(gòu)或伺服單元。 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)。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)。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(shuō)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子

3、系統(tǒng)。如果說(shuō)CNCCNC裝置是裝置是數(shù)控系統(tǒng)的數(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)，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢四肢”，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裝置發(fā)來(lái)的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的裝置發(fā)來(lái)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。運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置伺服系統(tǒng)的組成 組成：組成：伺服電機(jī)伺服電機(jī) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路 電子電力驅(qū)動(dòng)放大模塊電子電力驅(qū)

4、動(dòng)放大模塊 位置調(diào)節(jié)單元位置調(diào)節(jié)單元 速度調(diào)節(jié)單元速度調(diào)節(jié)單元 電流調(diào)節(jié)單元電流調(diào)節(jié)單元 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。環(huán)。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置伺服系統(tǒng)的組成 位置、速度和電流環(huán)均由：位置、速度和電流環(huán)均由：調(diào)節(jié)控制模塊調(diào)節(jié)控制模塊、檢測(cè)檢測(cè)和和反饋反饋部分組成。電力電子驅(qū)動(dòng)裝置由部分組成。電力電子驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路電路和和功率放大器功率放大器組成。組成。 嚴(yán)格來(lái)說(shuō)：位置控制包括位置、速度和電流控制；嚴(yán)格來(lái)說(shuō)：位置控制包括位置、速度和電流

5、控制；速度控制包括速度和電流控制。速度控制包括速度和電流控制。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置二、對(duì)伺服系統(tǒng)的要求1精度高精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。包括程度。包括定位精度和輪廓加工精度定位精度和輪廓加工精度。2穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。直接影響數(shù)控加工的精度和

6、表面粗糙度。3快速響應(yīng)快速響應(yīng) 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。映了系統(tǒng)的跟蹤精度。4調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。024m / min。5低速大轉(zhuǎn)矩低速大轉(zhuǎn)矩 進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)速度范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)速度范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具為恒轉(zhuǎn)矩控制

7、，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。有足夠大的輸出功率。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置三、伺服系統(tǒng)的分類(lèi)（1 1）按控制方式和有無(wú)檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)分類(lèi)）按控制方式和有無(wú)檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)分類(lèi)1 1）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng) 2 2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)）閉環(huán)伺服系統(tǒng) 3 3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)工作臺(tái)脈沖脈沖指令指令伺服電機(jī)伺服電機(jī)速度檢測(cè)速度檢測(cè)速度控制速度控制位置控制位置控制位位置置檢檢測(cè)測(cè)伺服電機(jī)伺服電機(jī)速度控制速度控制位置控制位置控制工作臺(tái)工作臺(tái)脈沖編碼器脈沖編碼器指令指令第五章

8、數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置電機(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(gè)數(shù)脈沖個(gè)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沒(méi)有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置沒(méi)有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置進(jìn)給進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件：開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件：步進(jìn)電機(jī)（適步進(jìn)電機(jī)（適于輕載、負(fù)荷變動(dòng)不大）于輕載、負(fù)荷變動(dòng)不大）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3

9、位置檢測(cè)裝置無(wú)位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)講不高，無(wú)位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)講不高，其精度主要取決于其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。的性能和精度。一般以一般以功率步進(jìn)電機(jī)功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。這類(lèi)系統(tǒng)具有這類(lèi)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。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。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的特

10、點(diǎn)：第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置位置控制調(diào)位置控制調(diào)節(jié)器節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋檢測(cè)與反饋單元單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-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)際位置位置反饋反饋實(shí)際實(shí)際速度速度反饋反饋半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動(dòng)裝置半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動(dòng)裝置(常常用伺服電機(jī)用伺服電機(jī))或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

11、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開(kāi)環(huán)好。但可難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開(kāi)環(huán)好。但可對(duì)這類(lèi)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。對(duì)這類(lèi)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

12、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代高，因而在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)：半閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)：第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。位置控制調(diào)位置控制調(diào)節(jié)器節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋檢測(cè)與反饋單元單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC

13、插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際實(shí)際位置位置反饋反饋實(shí)際實(shí)際速度速度反饋反饋全閉環(huán)伺服系統(tǒng)全閉環(huán)伺服系統(tǒng)第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。差、間隙和失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)

14、困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車(chē)該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車(chē)床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)：全閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)：第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置（2）按使用的執(zhí)行元件分類(lèi)1）電液伺服系統(tǒng)）電液伺服系統(tǒng) 電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常常 數(shù)小、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)。數(shù)小、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲

15、、漏油。液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲、漏油。2）電氣伺服系統(tǒng)）電氣伺服系統(tǒng) 伺服電機(jī)（伺服電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和交流電機(jī)）、直流電機(jī)和交流電機(jī)） 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作維護(hù)方便，可靠性高。操作維護(hù)方便，可靠性高。 直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺進(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)采用他激直流伺服電機(jī)。服電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好。調(diào)速性能好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：有電刷，速度不高。有電刷，速度不高。 交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng) 交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺

16、服交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）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)）。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)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需維護(hù)、適合于在惡劣環(huán)境下工作。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需維護(hù)、適合于在惡劣環(huán)境下工作。動(dòng)態(tài)響動(dòng)態(tài)響 應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置（3）按被控對(duì)象分類(lèi)）按被控對(duì)象分類(lèi)（1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)）進(jìn)給伺服系統(tǒng) 指一般概念的位置伺服系指一般概念的位置伺服系統(tǒng)，包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。統(tǒng)，包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。（2）主軸伺服系統(tǒng)）主軸伺服系統(tǒng) 只是一

17、個(gè)速度控制系統(tǒng)。只是一個(gè)速度控制系統(tǒng)。 C 軸控制功能。軸控制功能。（4）按反饋比較控制方式分類(lèi)）按反饋比較控制方式分類(lèi) （1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng) （2）相位比較伺服系統(tǒng)）相位比較伺服系統(tǒng) （3）幅值比較伺服系統(tǒng)）幅值比較伺服系統(tǒng) （4）全數(shù)字伺服系統(tǒng)）全數(shù)字伺服系統(tǒng)第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分，為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是速度和軌跡控制的執(zhí)行元件。是速度和軌跡控制的執(zhí)行元件。 數(shù)控機(jī)床中常用的伺服電機(jī)數(shù)控機(jī)床中常用的伺服電機(jī)： 直流伺服電機(jī)

18、（調(diào)速性能良好）直流伺服電機(jī)（調(diào)速性能良好） 交流伺服電機(jī)（主要使用的電機(jī)）交流伺服電機(jī)（主要使用的電機(jī)） 步進(jìn)電機(jī)（適于輕載、負(fù)荷變動(dòng)不大）步進(jìn)電機(jī)（適于輕載、負(fù)荷變動(dòng)不大） 直線電機(jī)（高速、高精度）直線電機(jī)（高速、高精度）第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多常用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。有為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。有軸向分相和徑向分相兩種。軸向分相和徑向分相兩種。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為度稱(chēng)為步距角步距角， 其大小等于錯(cuò)齒其大小等于錯(cuò)齒的角度。錯(cuò)齒角的角度。錯(cuò)齒角度的大小取決

19、于度的大小取決于轉(zhuǎn)子上的齒轉(zhuǎn)子上的齒 ，磁極數(shù)越多，轉(zhuǎn)磁極數(shù)越多，轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)越多，子上的齒數(shù)越多，步距角越小，步步距角越小，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置精度越高，其結(jié)精度越高，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜構(gòu)也越復(fù)雜 。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置步進(jìn)電機(jī)的工作原理（三相三拍三相三拍）第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置步進(jìn)電機(jī)的工作原理（雙三拍雙三拍）第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置步進(jìn)電機(jī)的工作原理（三相六拍三相六拍）第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.

20、2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置步進(jìn)電機(jī)的工作原理綜上所述，可以得到如下結(jié)論：綜上所述，可以得到如下結(jié)論：(1)步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步距角轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步距角；(2)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；之改變；(3)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，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高；轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越

21、高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高；(4)步進(jìn)電機(jī)步距角步進(jìn)電機(jī)步距角與定子繞組的相數(shù)與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)Z、通電方式通電方式K有關(guān)，可用下式表示：有關(guān)，可用下式表示： 360(mzk)式中式中m相相m拍時(shí)，拍時(shí)，k=1；m相相2m拍時(shí)，拍時(shí)，k2。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置(1)步距角和靜態(tài)步距誤差步距角和靜態(tài)步距誤差(2)啟動(dòng)頻率啟動(dòng)頻率fqo空載時(shí)空載時(shí)(3)連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率fmax(4)加減速特性加減速特性(5)矩頻特性與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩2 2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能第

22、五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)精度的措施步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量、機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以中，步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量、機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以及控制電路的完善與否。均影響到系統(tǒng)的工作精度。及控制電路的完善與否。均影響到系統(tǒng)的工作精度。要提高系統(tǒng)的工作精度，應(yīng)從這幾個(gè)方面考慮：如改要提高系統(tǒng)的工作精度，應(yīng)從這幾個(gè)方面考慮：如改善步進(jìn)電機(jī)的性能，減小步距角；采用精密傳動(dòng)副，善步進(jìn)電機(jī)的性能，減小步距角；采用精密傳動(dòng)副，減少傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)間隙等。但這些因素往往由于結(jié)

23、構(gòu)減少傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)間隙等。但這些因素往往由于結(jié)構(gòu)和工藝的關(guān)系而受到和工藝的關(guān)系而受到定的限制。為此，需要從控制定的限制。為此，需要從控制方法上采取方法上采取些措施，彌補(bǔ)其不足。些措施，彌補(bǔ)其不足。1傳動(dòng)間隙補(bǔ)償傳動(dòng)間隙補(bǔ)償2螺距誤差補(bǔ)償螺距誤差補(bǔ)償3細(xì)分線路細(xì)分線路第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置二、直流伺服電機(jī)常用的直流電動(dòng)機(jī)有：常用的直流電動(dòng)機(jī)有：永磁式直流電機(jī)（有槽、無(wú)槽、杯型、印永磁式直流電機(jī)（有槽、無(wú)槽、杯型、印刷繞組）刷繞組） 勵(lì)磁式直流電機(jī)勵(lì)磁式直流電機(jī) 混合式直流電機(jī)混合式直流電機(jī) 無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)刷直流電機(jī) 直流力矩電機(jī)直流力矩電

24、機(jī) 直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)：直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)： 永磁式直流電機(jī)類(lèi)型中的永磁式直流電機(jī)類(lèi)型中的有槽有槽電樞永磁直流電機(jī)（普通型）電樞永磁直流電機(jī)（普通型）； 直流主軸伺服系統(tǒng)：直流主軸伺服系統(tǒng)： 勵(lì)磁式直流電機(jī)類(lèi)型中的勵(lì)磁式直流電機(jī)類(lèi)型中的他激他激直流電機(jī)直流電機(jī)。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置1、直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以大慣量寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)為例以大慣量寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)為例1）類(lèi)型：電勵(lì)磁式和永久磁鐵式兩種）類(lèi)型：電勵(lì)磁式和永久磁鐵式兩種2）特點(diǎn)）特點(diǎn)勵(lì)磁式的特點(diǎn)：勵(lì)磁式的特點(diǎn)：勵(lì)磁量便于調(diào)整，易于安排補(bǔ)償勵(lì)磁量便于調(diào)整，易于安排補(bǔ)償繞組和

25、換向極，電動(dòng)機(jī)的換向性能得到改善，成本低，繞組和換向極，電動(dòng)機(jī)的換向性能得到改善，成本低，可在較寬的速度范圍內(nèi)得到恒轉(zhuǎn)矩特性?？稍谳^寬的速度范圍內(nèi)得到恒轉(zhuǎn)矩特性。永磁式的特點(diǎn)：永磁式的特點(diǎn)：沒(méi)有換向器和補(bǔ)償繞組，其換向沒(méi)有換向器和補(bǔ)償繞組，其換向性能受到一定限制，但它不需要?jiǎng)?lì)磁功率，效率高，性能受到一定限制，但它不需要?jiǎng)?lì)磁功率，效率高，且電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)能輸出較大轉(zhuǎn)矩。此外，溫升低，且電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)能輸出較大轉(zhuǎn)矩。此外，溫升低，電動(dòng)機(jī)直徑可以做得小些。電動(dòng)機(jī)直徑可以做得小些。3）應(yīng)用）應(yīng)用直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)：永磁式直流電機(jī)類(lèi)型中的直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)：永磁式直流電機(jī)類(lèi)型中的有有槽電樞永磁直流電機(jī)（普通

26、型）槽電樞永磁直流電機(jī)（普通型）；直流主軸伺服系統(tǒng)：勵(lì)磁式直流電機(jī)類(lèi)型中的直流主軸伺服系統(tǒng)：勵(lì)磁式直流電機(jī)類(lèi)型中的他他激直流電機(jī)激直流電機(jī)。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置4 4）大慣量寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式大慣量寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流電動(dòng)機(jī)基本相與普通直流電動(dòng)機(jī)基本相同，但為滿足快速響應(yīng)的同，但為滿足快速響應(yīng)的要求，從結(jié)構(gòu)上做得細(xì)長(zhǎng)要求，從結(jié)構(gòu)上做得細(xì)長(zhǎng)些。些。如圖如圖 5.15 所示，定子所示，定子為永磁材料，轉(zhuǎn)子直為永磁材料，轉(zhuǎn)子直徑大并且有槽，徑大并且有槽， 因而熱容因而熱容量大，

27、結(jié)構(gòu)上又采用了凸量大，結(jié)構(gòu)上又采用了凸極式和隱極式永磁電機(jī)磁極式和隱極式永磁電機(jī)磁路的組合，電動(dòng)機(jī)氣隙磁路的組合，電動(dòng)機(jī)氣隙磁密高。密高。 尾部通常裝有低紋尾部通常裝有低紋波（紋波系數(shù)一般在波（紋波系數(shù)一般在以下）的測(cè)速發(fā)電機(jī)。以下）的測(cè)速發(fā)電機(jī)。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：（）（） 輸出力矩大輸出力矩大（）（） 過(guò)載能力強(qiáng)過(guò)載能力強(qiáng)（）（） 動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好（）（） 低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)（）（） 易于調(diào)試易于調(diào)試第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置2 2、直流伺

28、服電動(dòng)機(jī)調(diào)速、直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速1 1）直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：）直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：式中，式中，U Ua a 、I Ia a、R Ra a分別為電樞回路的電壓、電流和電分別為電樞回路的電壓、電流和電阻，阻，K Ke e為電勢(shì)系數(shù)（為電勢(shì)系數(shù)（K Ke eC Ce e）。）。2 2）調(diào)速方法：）調(diào)速方法：（）改變電樞電壓（）改變電樞電壓（）改變氣隙磁通量（）改變氣隙磁通量第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置三、交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)形式：交流伺服電機(jī)形式： 同步型交流伺服電機(jī)同步型交流伺服電機(jī) 異步型交流感應(yīng)伺服電機(jī)。異步型交流感應(yīng)伺服電機(jī)

29、。直流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)：直流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)： 它的電刷和換向器易磨損；它的電刷和換向器易磨損； 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，應(yīng)用環(huán)境的限制；電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，應(yīng)用環(huán)境的限制； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好； 輸出功率大、電壓和轉(zhuǎn)速提高輸出功率大、電壓和轉(zhuǎn)速提高第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置1永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理交流同步伺服電機(jī)的種類(lèi)：交流同步伺服電機(jī)的種類(lèi)： 勵(lì)磁式、永磁式、磁阻式和磁滯式勵(lì)磁式、永磁式、磁阻式和磁滯式 ，前兩種輸出，前兩種輸出功

30、率范圍較寬，后前兩種輸出功率小。功率范圍較寬，后前兩種輸出功率小。（1）永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)）永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)VSVSVSVS定定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 脈沖編碼器脈沖編碼器定子三相繞組定子三相繞組 接線盒接線盒永磁交流同步伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)永磁交流同步伺服電機(jī)結(jié)構(gòu) 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置2 2）永磁交流同步伺服電機(jī)工作原理和性能）永磁交流同步伺服電機(jī)工作原理和性能VSNns nr S工作原理工作原理 特性曲線特性曲線T（N-cm） 120001000080006000400020000100020003000 n（r/min） 第五章數(shù)

31、控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置交流主軸電機(jī)的要求：交流主軸電機(jī)的要求：大功率大功率低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率 鼠籠式交流異步伺服電機(jī)鼠籠式交流異步伺服電機(jī) 交流主軸電機(jī)交流主軸電機(jī) 普通交流普通交流 異步感應(yīng)電機(jī)異步感應(yīng)電機(jī) 通風(fēng)孔通風(fēng)孔 P（KW） 8 6 4 2 02000 4000 6000 8000 12000 n（r/min） 交流主軸電機(jī)與普通交流交流主軸電機(jī)與普通交流 異步感應(yīng)電機(jī)的比較圖示意圖異步感應(yīng)電機(jī)的比較圖示意圖 交流主軸伺服電機(jī)的特性曲線交流主軸伺服電機(jī)的特性曲線第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺

32、服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置5.3 位置檢測(cè)裝置一、對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求與分類(lèi)組成：組成：位置測(cè)量裝置是由位置測(cè)量裝置是由檢測(cè)元件檢測(cè)元件（傳感器）（傳感器）和和信號(hào)處理裝置信號(hào)處理裝置組成的。組成的。作用：作用：實(shí)時(shí)測(cè)量執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)，并實(shí)時(shí)測(cè)量執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)，并變換成位置控制單元所要求的信號(hào)形式，將運(yùn)動(dòng)部件變換成位置控制單元所要求的信號(hào)形式，將運(yùn)動(dòng)部件現(xiàn)實(shí)位置反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它現(xiàn)實(shí)位置反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(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位

33、置閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測(cè)裝置的精度決定的，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系檢測(cè)裝置的精度決定的，在設(shè)計(jì)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(shí)，必須精心選擇位統(tǒng)，尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，必須精心選擇位置檢測(cè)裝置置檢測(cè)裝置。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 1、檢測(cè)裝置的分類(lèi)按工作條件和測(cè)量要求的不同按工作條件和測(cè)量要求的不同, , 測(cè)量方式亦有不同的劃分方法測(cè)量方式亦有不同的劃分方法數(shù)控系統(tǒng)中的檢測(cè)裝置分為數(shù)控系統(tǒng)中的檢測(cè)裝置分為位移位移、速度速度和和電流電流三種類(lèi)型。三種類(lèi)型。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5

34、.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 2、數(shù)控測(cè)量裝置的性能指標(biāo)及要求 傳感器的性能指標(biāo)應(yīng)包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，主要如下。傳感器的性能指標(biāo)應(yīng)包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，主要如下。 1.精度精度 符合輸出量與輸入量之間特定函數(shù)關(guān)系的準(zhǔn)確程度符合輸出量與輸入量之間特定函數(shù)關(guān)系的準(zhǔn)確程度 稱(chēng)作精度。高精度和高速實(shí)時(shí)測(cè)量。稱(chēng)作精度。高精度和高速實(shí)時(shí)測(cè)量。 2.分辨率分辨率 分辯率應(yīng)適應(yīng)機(jī)床精度和伺服系統(tǒng)的要求。分辯率應(yīng)適應(yīng)機(jī)床精度和伺服系統(tǒng)的要求。 3.靈敏度靈敏度 靈敏度高、一致。靈敏度高、一致。 4.遲滯遲滯 對(duì)某一輸入量，傳感器的正行程的輸出量與反行程的對(duì)某一輸入量，傳感器的正行程的輸出量與反

35、行程的 輸出量的不一致，稱(chēng)為遲滯。遲滯小。輸出量的不一致，稱(chēng)為遲滯。遲滯小。 5.測(cè)量范圍和量程測(cè)量范圍和量程 6.零漂與溫漂零漂與溫漂 其它：其它： 可靠，抗干擾性強(qiáng)、使用維護(hù)方便、成本低等?？煽浚垢蓴_性強(qiáng)、使用維護(hù)方便、成本低等。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置二、旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種旋轉(zhuǎn)式的旋轉(zhuǎn)變壓器是一種旋轉(zhuǎn)式的小型交流電動(dòng)機(jī)小型交流電動(dòng)機(jī), , 它由定子和轉(zhuǎn)它由定子和轉(zhuǎn)子組成。如圖所示是一種無(wú)刷旋子組成。如圖所示是一種無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu), , 左邊為分解器左邊為分解器, , 右邊為變壓器。變壓器的作用是右邊為變壓

36、器。變壓器的作用是將分解器轉(zhuǎn)子繞組上的感應(yīng)電動(dòng)將分解器轉(zhuǎn)子繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)傳輸出來(lái)勢(shì)傳輸出來(lái), , 這樣就省掉了電刷這樣就省掉了電刷和滑環(huán)。分解器定子繞組為旋轉(zhuǎn)和滑環(huán)。分解器定子繞組為旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊變壓器的原邊, , 分解器轉(zhuǎn)子繞組分解器轉(zhuǎn)子繞組為旋轉(zhuǎn)變壓器的副邊為旋轉(zhuǎn)變壓器的副邊, , 勵(lì)磁電壓勵(lì)磁電壓接到原邊接到原邊, , 勵(lì)磁頻率通常為勵(lì)磁頻率通常為400 400 HzHz、500 Hz500 Hz、1000 Hz1000 Hz、5000 Hz5000 Hz。旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, , 動(dòng)作靈敏動(dòng)作靈敏, , 對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求, , 維護(hù)方便維護(hù)方便,

37、 , 輸出信號(hào)的幅度大輸出信號(hào)的幅度大, , 抗干擾性強(qiáng)抗干擾性強(qiáng), , 工作可靠工作可靠, , 為數(shù)控機(jī)床經(jīng)常使用為數(shù)控機(jī)床經(jīng)常使用的位移檢測(cè)元件之一。的位移檢測(cè)元件之一。 旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意1 電動(dòng)機(jī)軸電動(dòng)機(jī)軸 2 外殼外殼 3分解器定子分解器定子 4 變壓器定子繞組變壓器定子繞組 5變壓器轉(zhuǎn)子繞組變壓器轉(zhuǎn)子繞組 6 變壓器轉(zhuǎn)子變壓器轉(zhuǎn)子;7 變壓器定子變壓器定子 8分解器轉(zhuǎn)子分解器轉(zhuǎn)子 9 分解器定子繞組分解器定子繞組 10 分解器轉(zhuǎn)子繞組分解器轉(zhuǎn)子繞組 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓

38、器（旋轉(zhuǎn)變壓器（ResolverResolver）簡(jiǎn)稱(chēng)旋變，又稱(chēng)作解算器或分解器。）簡(jiǎn)稱(chēng)旋變，又稱(chēng)作解算器或分解器。分類(lèi)：有電刷、集電環(huán)結(jié)構(gòu)和無(wú)刷結(jié)構(gòu)分類(lèi)：有電刷、集電環(huán)結(jié)構(gòu)和無(wú)刷結(jié)構(gòu)單對(duì)極元件、多對(duì)極元件（或稱(chēng)多極元件）單對(duì)極元件、多對(duì)極元件（或稱(chēng)多極元件）工作原理：電磁感應(yīng)工作原理：電磁感應(yīng)定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子S S1R1S S2S S3S S4R2R3R4第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理 E2= KV Scos = KV m sintcos =90 E 2 = 0 =0 E2 = KV m SINt式中: E2轉(zhuǎn)子繞

39、組感應(yīng)電勢(shì)； V1定子繞組勵(lì)磁電壓 V1=Vmsint； Vm電壓信號(hào)幅值； 定、轉(zhuǎn)子繞組軸線間夾角； K變壓比 （即繞組匝數(shù)比）V1=VmsintV1V1E2=0(= 90=0(= 90) ) E E2 2=KV=KVm mSINSINttcoscos E E2 2= = KVKVm msinsintt( (= = 0 0) ) 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用1）.鑒相方式 V Vs s=Vmsin=VmsinttV VC C=Vmcos=Vmcost t E E2 2= KV= KV S S cos- KV cos- KV

40、 C Csinsin = KV = KV m m ( (sinsintcos- tcos- coscostsintsin) ) = = KVKV m m sinsin( (t-t-) )VCE2定子兩相繞組勵(lì)磁定子兩相繞組勵(lì)磁 轉(zhuǎn)子輸出信號(hào)的相位角轉(zhuǎn)子輸出信號(hào)的相位角(t-)與與轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有著嚴(yán)格的對(duì)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。應(yīng)關(guān)系。VS第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用2）.鑒幅方式 V Vs s=Vmsin=Vmsin電電sinsinttV VC C=Vmcos=Vmcos電電sinsint t E E2 2=

41、 KV= KV m m cos cos機(jī)機(jī)- KV- KV c csinsin機(jī)機(jī) = KV= KV m m sinsintt( (sinsin電電coscos機(jī)機(jī)- - coscos電電sinsin機(jī)機(jī)= = KVKV m m sinsin( (電電-機(jī)機(jī)) ) sinsintt 定子兩相繞組勵(lì)磁定子兩相繞組勵(lì)磁 感應(yīng)電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)（E2）是以）是以為角頻率、為角頻率、以以V Vm m sin(sin(電電 - -機(jī)機(jī) ) )為幅值的交變?yōu)榉档慕蛔冸妷盒盘?hào)。若電氣角電壓信號(hào)。若電氣角電電已知，只要已知，只要測(cè)出測(cè)出E2 幅值幅值( (利用利用E E2 2= =0)0)，便可間接，便可間接的

42、求出機(jī)械角的求出機(jī)械角機(jī)機(jī) ，從而得出被測(cè)，從而得出被測(cè)角位移。角位移。 VsVcE2第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置三、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是一種電感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測(cè)元件，按結(jié)磁式位置檢測(cè)元件，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)構(gòu)特點(diǎn)般分為直線式和般分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。直線式感應(yīng)旋轉(zhuǎn)式兩種。直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成；同步器由定尺和滑尺組成；旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成。前者用于直和定子組成。前者用于直線位移測(cè)量，后者用于角線位移測(cè)量，后者用于角位移測(cè)量。它們的工作原位移測(cè)量。它們的工作原理都與旋轉(zhuǎn)變壓器相似。理都與旋轉(zhuǎn)

43、變壓器相似。感應(yīng)同步器具有檢測(cè)精度感應(yīng)同步器具有檢測(cè)精度比較高、抗干擾性強(qiáng)、壽比較高、抗干擾性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、成本低、命長(zhǎng)、維護(hù)方便、成本低、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床及各類(lèi)機(jī)床用于數(shù)控機(jī)床及各類(lèi)機(jī)床數(shù)控改造。數(shù)控改造。感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)示意圖感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)示意圖第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)示意圖感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)示意圖定尺和滑尺基板是由與機(jī)床定尺和滑尺基板是由與機(jī)床熱膨脹系數(shù)相近的鋼板做成，鋼熱膨脹系數(shù)相近的鋼板做成，鋼板上用絕緣粘結(jié)劑貼以銅箔，并板上用絕緣粘結(jié)劑貼以銅箔，并

44、利用照像腐蝕的辦法做成圖示的利用照像腐蝕的辦法做成圖示的印刷繞組。感應(yīng)同步器定尺和滑印刷繞組。感應(yīng)同步器定尺和滑尺繞組的節(jié)距相等，均為尺繞組的節(jié)距相等，均為2、這、這是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參是衡量感應(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。數(shù)，工藝上要保證其節(jié)距的精度。一塊標(biāo)準(zhǔn)型感應(yīng)同步器定尺長(zhǎng)度一塊標(biāo)準(zhǔn)型感應(yīng)同步器定尺長(zhǎng)度為為250mm，節(jié)距為，節(jié)距為2mm，其絕對(duì)，其絕對(duì)精度可達(dá)精度可達(dá)2.5m，分辨率可達(dá)，分辨率可達(dá)0.25m。如果把定尺繞組和滑尺繞組如果把定尺繞組和滑尺繞組A對(duì)準(zhǔn)，那么滑尺繞組對(duì)準(zhǔn)，那么滑尺繞組B正好和定正好和定尺繞組相差尺繞組相差14節(jié)距。也就是說(shuō)，節(jié)距。

45、也就是說(shuō)，A繞組與繞組與B繞組在空間上相差繞組在空間上相差l4節(jié)距。節(jié)距。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理感應(yīng)同步器的工感應(yīng)同步器的工作原理作原理如右圖，滑尺的兩個(gè)繞組中的任一繞如右圖，滑尺的兩個(gè)繞組中的任一繞組通以交變激磁電壓時(shí)，由于電磁效組通以交變激磁電壓時(shí)，由于電磁效應(yīng)定尺繞組上必然產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)。應(yīng)定尺繞組上必然產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)的大小取決于滑尺相對(duì)定尺的位感應(yīng)電勢(shì)的大小取決于滑尺相對(duì)定尺的位置。右圖中給出了滑尺繞組置。右圖中給出了滑尺繞組( (滑尺滑尺) )相對(duì)于相對(duì)于定尺繞組定尺繞組( (定尺

46、定尺) )處于不問(wèn)的位置時(shí)，定尺處于不問(wèn)的位置時(shí)，定尺繞組中感應(yīng)電勢(shì)的變化情況。繞組中感應(yīng)電勢(shì)的變化情況。A A點(diǎn)表示滑尺點(diǎn)表示滑尺繞組與定尺繞組重合，這時(shí)定尺繞組中的繞組與定尺繞組重合，這時(shí)定尺繞組中的感應(yīng)電勢(shì)最大；如果滑尺相對(duì)于定尺從感應(yīng)電勢(shì)最大；如果滑尺相對(duì)于定尺從A A點(diǎn)點(diǎn)逐漸向左逐漸向左( (或右或右) )平行移動(dòng)，感應(yīng)電勢(shì)就隨平行移動(dòng)，感應(yīng)電勢(shì)就隨之逐漸減小，在兩繞組剛好錯(cuò)開(kāi)之逐漸減小，在兩繞組剛好錯(cuò)開(kāi)1 14 4節(jié)距節(jié)距的位置的位置B B點(diǎn)，感應(yīng)電勢(shì)減為零；若再繼續(xù)移點(diǎn)，感應(yīng)電勢(shì)減為零；若再繼續(xù)移動(dòng)，移到動(dòng)，移到1/21/2節(jié)距的節(jié)距的C C點(diǎn)，感應(yīng)電勢(shì)相應(yīng)地點(diǎn)，感應(yīng)電勢(shì)相應(yīng)地變

47、為與變?yōu)榕cA A位置相同，但極性相反，到達(dá)位置相同，但極性相反，到達(dá)3 34 4節(jié)距的節(jié)距的D D點(diǎn)時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)再一次變?yōu)榱?；其點(diǎn)時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)再一次變?yōu)榱?；其后，移?dòng)了一個(gè)節(jié)距到達(dá)后，移動(dòng)了一個(gè)節(jié)距到達(dá)E E點(diǎn)，情況就又與點(diǎn)，情況就又與A A點(diǎn)相同了，相當(dāng)于又回到了點(diǎn)相同了，相當(dāng)于又回到了A A點(diǎn)。點(diǎn)。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 感應(yīng)同步器的應(yīng)用1. 鑒相方式滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以幅值相同、頻率相同、相位相差90 的交流電壓Us = Um sin tUc = Um cos t勵(lì)磁信號(hào)將在空間產(chǎn)生一個(gè)以為頻率移動(dòng)的行波。磁場(chǎng)切割定尺

48、導(dǎo)片, 并在其中感應(yīng)出電勢(shì), 該電勢(shì)隨著定尺與滑尺相對(duì)位置的不同而產(chǎn)生超前或滯后的相位差。按照疊加原理可以直接求出感應(yīng)電勢(shì)Uo = KUm sin tcos - KUm cos tsin = KUm sin ( t - )在一個(gè)節(jié)距內(nèi), 與滑尺移動(dòng)距離是一一對(duì)應(yīng)的, 通過(guò)測(cè)量定尺感應(yīng)電勢(shì)相位,便可測(cè)出定尺相對(duì)滑尺的位移。第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 感應(yīng)同步器的應(yīng)用2. 鑒幅方式滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以頻率相同、相位相同, 但幅值不同的交流電壓Us = Um sin 1 sin tUc = Um cos 1 sin t式中的1 相當(dāng)于

49、式( 2. 9) 中的。此時(shí), 如果滑尺相對(duì)定尺移動(dòng)一個(gè)距離d, 其對(duì)應(yīng)的相移為2 , 那么在定尺上的感應(yīng)電勢(shì)為Uo = KUm sin 1 sin tcos 2 - KUm cos 1 sin tsin 2= KUm sin tsin( 1 - 2 )第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置四、脈沖編碼器脈沖編碼器的分類(lèi)與結(jié)構(gòu)脈沖編碼器的分類(lèi)與結(jié)構(gòu)脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，可作為器，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，可作為位置檢測(cè)和速度檢測(cè)裝置。位置檢測(cè)和速度檢測(cè)裝置。脈沖編碼器分為：脈沖編碼器分為：

50、光電式、接觸式光電式、接觸式和電磁感應(yīng)和電磁感應(yīng)式。式。脈沖編碼器是一種增量檢測(cè)裝置，脈沖編碼器是一種增量檢測(cè)裝置，它的型號(hào)是由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)來(lái)區(qū)分。它的型號(hào)是由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)來(lái)區(qū)分。2000P/r、2500 P/r和和3000 P/r等；在高速、等；在高速、高精度數(shù)字伺服系統(tǒng)中應(yīng)用高分辨率的高精度數(shù)字伺服系統(tǒng)中應(yīng)用高分辨率的脈沖編碼器脈沖編碼器, 如如20 000 P / r、25 000 P /r和和30 000 P / r 等等, 現(xiàn)在已有使用每轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)在已有使用每轉(zhuǎn)發(fā)10 萬(wàn)個(gè)脈沖的脈沖編碼器萬(wàn)個(gè)脈沖的脈沖編碼器, 該編碼器裝置內(nèi)該編碼器裝置內(nèi)部采用了微處理器。部采用了微處理器。 1

51、234567圖5. 14 光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)1-光源 2-圓光柵 3-指示光柵 4-光電池組 5-機(jī)械部件 6-護(hù)罩 7-印刷電路板 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 旋轉(zhuǎn)編碼器圖片第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 內(nèi)圓周鋼帶光柵第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 外圓周鋼帶光柵第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝

52、置 帶EnDat接口的絕對(duì)式編碼器第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 光電脈沖編碼器的工作原理 節(jié)距節(jié)距PAB90 90 光電脈沖編碼器的輸出波形 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 光電脈沖編碼器的應(yīng)用abcdefA相信號(hào)a+B相信號(hào)整形整形dbcef-可逆計(jì)數(shù)&單穩(wěn)反向abcdef應(yīng)用一：適應(yīng)帶加減計(jì)數(shù)要求的可逆計(jì)數(shù)器，形成加計(jì)數(shù)脈沖和減計(jì)數(shù)脈沖 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 光電脈沖編碼器的應(yīng)用 應(yīng)用二：適應(yīng)有計(jì)數(shù)控制端和方向控制端的計(jì)數(shù)

53、器，形成正走、反走計(jì)數(shù)脈沖和方向控制電平。 A1CQA相脈沖B相脈沖整形整形單穩(wěn)單穩(wěn)B1D S R12Q3脈沖方向計(jì)數(shù)有方向端的可逆計(jì)數(shù)器ABA1B1CD13高電平“1”低電平“0”高電平“1”高電平“1”ABA1B1CD13第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置五、光柵 1874英國(guó) L.Rayleigh 1950年德國(guó)Heidenhai 性能好，制造費(fèi)用低 精度 微米級(jí)、亞微米級(jí)和納米級(jí) 測(cè)量速度從60m/min，到480m/min 測(cè)量長(zhǎng)度 1m 到 100m 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 分類(lèi)

54、分類(lèi)光柵的分類(lèi)：光柵的分類(lèi)：物理光柵光的衍射物理光柵光的衍射 計(jì)量光柵透射和反射計(jì)量光柵透射和反射光柵的運(yùn)動(dòng)方式：長(zhǎng)光柵和圓光柵光柵的運(yùn)動(dòng)方式：長(zhǎng)光柵和圓光柵光線的走向：透射光柵和反射光柵光線的走向：透射光柵和反射光柵第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 光柵原理莫爾條紋莫爾條紋 兩條線或兩個(gè)物體之間以恒定的角兩條線或兩個(gè)物體之間以恒定的角度和頻率發(fā)生干涉度和頻率發(fā)生干涉 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 直線光柵莫爾條紋第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置

55、圓弧莫爾條紋播放中播放中單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示播放動(dòng)畫(huà)播放動(dòng)畫(huà)第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置輻射形莫爾條紋單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示播放動(dòng)畫(huà)播放動(dòng)畫(huà)第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 長(zhǎng)光柵光閘莫爾條紋播放動(dòng)畫(huà)播放動(dòng)畫(huà)第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 長(zhǎng)光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測(cè)元光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測(cè)元件件, , 主要由光柵尺主要由光柵尺( ( 包括標(biāo)尺光柵和指示光柵包括標(biāo)尺光柵和指示光柵) )

56、和和光柵讀數(shù)頭兩部分組成光柵讀數(shù)頭兩部分組成, ,光柵的結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu) 1-1-防護(hù)墊防護(hù)墊 2-2-光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭 3-3-標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵 4-4-防護(hù)罩防護(hù)罩 VS312431245 光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭 1-1-光源光源 2-2-準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡 3-指示光柵指示光柵 4-4-光敏元件光敏元件 5-驅(qū)動(dòng)線路驅(qū)動(dòng)線路 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 長(zhǎng)光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)通常通常, , 標(biāo)尺光柵固定在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件標(biāo)尺光柵固定在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件( ( 如工作臺(tái)或如工作臺(tái)或絲杠絲杠) ) 上上, , 光柵讀數(shù)頭安裝在機(jī)床的固定部件光柵讀數(shù)頭安

57、裝在機(jī)床的固定部件( ( 如機(jī)床底如機(jī)床底座座) ) 上上, , 兩者隨著工作臺(tái)的移動(dòng)而相對(duì)移動(dòng)。在光柵讀數(shù)兩者隨著工作臺(tái)的移動(dòng)而相對(duì)移動(dòng)。在光柵讀數(shù)頭中頭中, ,安裝著一個(gè)指示光柵安裝著一個(gè)指示光柵, , 當(dāng)光柵讀數(shù)頭相對(duì)于標(biāo)尺光當(dāng)光柵讀數(shù)頭相對(duì)于標(biāo)尺光柵移動(dòng)時(shí)柵移動(dòng)時(shí), , 指示光柵便在標(biāo)尺光柵上移動(dòng)。當(dāng)安裝光柵時(shí)指示光柵便在標(biāo)尺光柵上移動(dòng)。當(dāng)安裝光柵時(shí), , 要嚴(yán)格保證標(biāo)尺光柵和指示光柵的平行度以及兩者之間的要嚴(yán)格保證標(biāo)尺光柵和指示光柵的平行度以及兩者之間的間隙間隙( ( 一般取一般取0.05mm0.05mm或或0.1mm) 0.1mm) 要求。要求。光柵尺是用真空鍍膜的方法光刻上均勻密

58、集線紋的透光柵尺是用真空鍍膜的方法光刻上均勻密集線紋的透明玻璃片或長(zhǎng)條形金屬鏡面。對(duì)于長(zhǎng)光柵明玻璃片或長(zhǎng)條形金屬鏡面。對(duì)于長(zhǎng)光柵, , 這些線紋相互這些線紋相互平行平行, , 各線紋之間的距離相等各線紋之間的距離相等, , 稱(chēng)此距離為柵距。對(duì)于圓稱(chēng)此距離為柵距。對(duì)于圓光柵光柵, , 這些線紋是等柵距角的向心條紋。這些線紋是等柵距角的向心條紋。柵距和柵距角柵距和柵距角是是決定光柵光學(xué)性質(zhì)的基本參數(shù)。常見(jiàn)的長(zhǎng)光柵的線紋密度決定光柵光學(xué)性質(zhì)的基本參數(shù)。常見(jiàn)的長(zhǎng)光柵的線紋密度為為25 25 條條/mm/mm、50 50 條條/mm/mm、100 100 條條/mm/mm、250 250 條條/mm/m

59、m。對(duì)于圓。對(duì)于圓光柵光柵, , 若直徑為若直徑為70 mm, 70 mm, 則一周內(nèi)刻線則一周內(nèi)刻線100 100 768768條條; ; 若直若直徑為徑為110 mm, 110 mm, 則一周內(nèi)刻線達(dá)則一周內(nèi)刻線達(dá)600 600 1024 1024 條條, , 甚至更高。甚至更高。同一個(gè)光柵元件同一個(gè)光柵元件, , 其標(biāo)尺光柵和指示光柵的線紋密度必須其標(biāo)尺光柵和指示光柵的線紋密度必須相同相同。 第五章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 5.1 概述5.2 伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)5.3 位置檢測(cè)裝置 長(zhǎng)光柵工作原理（以透射投影為例） 莫爾條紋：將指示光柵在其自身的平面內(nèi)轉(zhuǎn)將指示光柵在其自身的平面內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)很小的角度

60、過(guò)一個(gè)很小的角度, 使兩塊光柵的刻使兩塊光柵的刻線相交線相交, 當(dāng)平行光線垂直照射標(biāo)尺光當(dāng)平行光線垂直照射標(biāo)尺光柵時(shí)柵時(shí), 則在相交區(qū)域出現(xiàn)明暗交替、則在相交區(qū)域出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗大條紋間隔相等的粗大條紋, 稱(chēng)為莫爾條紋。稱(chēng)為莫爾條紋。由于兩塊光柵的刻線密度相等由于兩塊光柵的刻線密度相等, 即柵即柵距距相等相等, 使產(chǎn)生的莫爾條紋的方向與使產(chǎn)生的莫爾條紋的方向與光柵刻線方向大致垂直光柵刻線方向大致垂直, 其幾何關(guān)系其幾何關(guān)系如圖所示。當(dāng)如圖所示。當(dāng)很小時(shí)很小時(shí), 莫爾條紋的節(jié)莫爾條紋的節(jié)距為距為 這表明這表明, 莫爾條莫爾條紋的節(jié)距是柵距的紋的節(jié)距是柵距的1 / 倍。當(dāng)標(biāo)尺光倍。當(dāng)標(biāo)尺光柵移動(dòng)