數(shù)控機床原理-第04章課件

第4章數(shù)控機床伺服系統(tǒng)4.1數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述4.2直流伺服系統(tǒng)4.3交流伺服系統(tǒng)4.4位置檢測裝置第4章數(shù)控機床伺服系統(tǒng)4.1數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述4.1數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)是以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，是一種位置隨動系統(tǒng)。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)有兩種，即進給伺服系統(tǒng)與主軸伺服系統(tǒng)。4.1數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)是以4.1.1伺服系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。4.1.1伺服系統(tǒng)的組成4.1.2數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求1．進給調(diào)速范圍寬最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。2．位置精度高保證數(shù)控機床的定位精度和進給跟蹤精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的分辨率可以達到1m，數(shù)控裝置的分辨率可以達0.1m。4.1.2數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求3．速度響應(yīng)快4．低速大轉(zhuǎn)矩伺服驅(qū)動系統(tǒng)在低速進給時，要有大的輸出轉(zhuǎn)矩。3．速度響應(yīng)快4.1.3伺服系統(tǒng)的分類1．按有無反饋分類（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)無位置反饋裝置，是數(shù)控機床中最簡單的伺服系統(tǒng)。4.1.3伺服系統(tǒng)的分類圖4.2開環(huán)伺服系統(tǒng)圖4.2開環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)是誤差控制隨動系統(tǒng)。圖4.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖4.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖4.4半閉環(huán)伺服系統(tǒng)（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖4.4半閉環(huán)伺服系統(tǒng)2．按驅(qū)動裝置類型分類（1）電液伺服系統(tǒng)（2）電氣伺服系統(tǒng)2．按驅(qū)動裝置類型分類3．按進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類（1）進給伺服系統(tǒng)（2）主軸伺服系統(tǒng)3．按進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類4．按反饋比較控制方式分類（1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)（2）相位比較伺服系統(tǒng)（3）幅值比較伺服系統(tǒng)（4）全數(shù)字伺服系統(tǒng)4．按反饋比較控制方式分類4.2直流伺服系統(tǒng)

4.2.1直流伺服電機分類1．高速直流伺服電動機2．低速大扭矩寬調(diào)速電動機4.2直流伺服系統(tǒng)4.2.1直流伺服電機4.2.2永磁直流伺服電動機1．永磁直流伺服電機的結(jié)構(gòu)與特點4.2.2永磁直流伺服電動機圖4.8永磁式直流寬調(diào)速伺服電動機圖4.8永磁式直流寬調(diào)速伺服電動機2．永磁直流伺服電機的選用（1）對直流伺服電機的要求（2）直流伺服電動機的選用2．永磁直流伺服電機的選用4.2.3直流伺服系統(tǒng)主電路4.2.4晶閘管觸發(fā)電路4.2.5直流電機晶閘管供電的速度控制系統(tǒng)4.2.6晶體管直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)4.2.3直流伺服系統(tǒng)主電路4.3交流伺服系統(tǒng)4.3.1交流伺服電機固有缺點，如電刷和換向器易于磨損，需經(jīng)常維護；換向時換向器會產(chǎn)生火花，直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，交流電機的輸出功率可比直流電機提高10％～70％。此外，交流電機的容量可比直流電機做得大。4.3交流伺服系統(tǒng)4.3.1交流伺服電機1．交流伺服電機的分類和特點（1）異步交流伺服電機（IM）（2）同步交流伺服電機（SM）1．交流伺服電機的分類和特點2．永磁式交流伺服電機（1）結(jié)構(gòu)永磁式交流伺服電機由定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件三部分組成。如圖4.26、圖4.27所示。2．永磁式交流伺服電機圖4.26永磁交流伺服電機橫截面圖4.26永磁交流伺服電機橫截面圖4.27永磁交流伺服電機縱剖面圖4.27永磁交流伺服電機縱剖面（2）工作原理（3）永磁式伺服電機的性能①永磁式伺服電機的性能可用轉(zhuǎn)矩—速度特性曲線描述。②高可靠性。③主要損耗在定子繞組與鐵心上，故散熱容易，便于安裝時采取熱保護措施；而直流電機損耗主要在轉(zhuǎn)子上，散熱困難。④轉(zhuǎn)子慣量小，其結(jié)構(gòu)允許高速工作。⑤體積小、質(zhì)量輕。（2）工作原理4.3.2交流永磁電機調(diào)速系統(tǒng)1．交流電機的一般調(diào)速方法2．交流變頻調(diào)速系統(tǒng)3．交流永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)4.3.2交流永磁電機調(diào)速系統(tǒng)4.3.3交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)1．交流主軸電機2．幾種新型主軸電機3．交流主軸電機的控制方法4．主軸準?？刂?.3.3交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)4.4位置檢測裝置4.4.1數(shù)控機床對檢測元件的要求與檢測元件的分類主要要求是：①壽命長，可靠性高，抗干擾能力強；②滿足精度和速度要求；③使用維護方便，適合機床運行環(huán)境；④成本低；⑤便于與計算機聯(lián)接。4.4位置檢測裝置4.4.1數(shù)控機床對檢測數(shù)控機床原理-第04章課件常用位置檢測元件主要有脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器和光柵。常用位置檢測元件主要有4.4.2旋轉(zhuǎn)變壓器1．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理2．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式4.4.2旋轉(zhuǎn)變壓器4.4.3脈沖編碼器脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器。1．脈沖編碼器的工作原理4.4.3脈沖編碼器圖4.45光電盤工作原理示意圖圖4.45光電盤工作原理示意圖2．脈沖編碼器結(jié)構(gòu)3．絕對值脈沖編碼器通過讀取編碼盤上的圖案確定軸的位置。2．脈沖編碼器結(jié)構(gòu)圖4.48光電絕對值編碼器圖4.48光電絕對值編碼器4.4.4光柵（1）直線光柵（即長光柵）①玻璃透射光柵。②金屬反射光柵。（2）圓光柵（3）計量光柵的精度4.4.4光柵數(shù)控機床原理-第04章課件2．工作原理（a）結(jié)構(gòu)圖（b）輸出波形圖4.51透射直線式光柵原理圖2．工作原理（a）結(jié)構(gòu)圖3．光柵檢測裝置（1）光柵讀數(shù)頭（2）辨向方法3．光柵檢測裝置4.4.5感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測元件。一般可分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。1．感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)4.4.5感應(yīng)同步器圖4.58直線感應(yīng)同步器圖4.58直線感應(yīng)同步器第4章數(shù)控機床伺服系統(tǒng)4.1數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述4.2直流伺服系統(tǒng)4.3交流伺服系統(tǒng)4.4位置檢測裝置第4章數(shù)控機床伺服系統(tǒng)4.1數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述4.1數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)是以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，是一種位置隨動系統(tǒng)。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)有兩種，即進給伺服系統(tǒng)與主軸伺服系統(tǒng)。4.1數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)是以4.1.1伺服系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。4.1.1伺服系統(tǒng)的組成4.1.2數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求1．進給調(diào)速范圍寬最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。2．位置精度高保證數(shù)控機床的定位精度和進給跟蹤精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的分辨率可以達到1m，數(shù)控裝置的分辨率可以達0.1m。4.1.2數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求3．速度響應(yīng)快4．低速大轉(zhuǎn)矩伺服驅(qū)動系統(tǒng)在低速進給時，要有大的輸出轉(zhuǎn)矩。3．速度響應(yīng)快4.1.3伺服系統(tǒng)的分類1．按有無反饋分類（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)無位置反饋裝置，是數(shù)控機床中最簡單的伺服系統(tǒng)。4.1.3伺服系統(tǒng)的分類圖4.2開環(huán)伺服系統(tǒng)圖4.2開環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)是誤差控制隨動系統(tǒng)。圖4.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖4.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖4.4半閉環(huán)伺服系統(tǒng)（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖4.4半閉環(huán)伺服系統(tǒng)2．按驅(qū)動裝置類型分類（1）電液伺服系統(tǒng)（2）電氣伺服系統(tǒng)2．按驅(qū)動裝置類型分類3．按進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類（1）進給伺服系統(tǒng)（2）主軸伺服系統(tǒng)3．按進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類4．按反饋比較控制方式分類（1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)（2）相位比較伺服系統(tǒng)（3）幅值比較伺服系統(tǒng)（4）全數(shù)字伺服系統(tǒng)4．按反饋比較控制方式分類4.2直流伺服系統(tǒng)

4.2.1直流伺服電機分類1．高速直流伺服電動機2．低速大扭矩寬調(diào)速電動機4.2直流伺服系統(tǒng)4.2.1直流伺服電機4.2.2永磁直流伺服電動機1．永磁直流伺服電機的結(jié)構(gòu)與特點4.2.2永磁直流伺服電動機圖4.8永磁式直流寬調(diào)速伺服電動機圖4.8永磁式直流寬調(diào)速伺服電動機2．永磁直流伺服電機的選用（1）對直流伺服電機的要求（2）直流伺服電動機的選用2．永磁直流伺服電機的選用4.2.3直流伺服系統(tǒng)主電路4.2.4晶閘管觸發(fā)電路4.2.5直流電機晶閘管供電的速度控制系統(tǒng)4.2.6晶體管直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)4.2.3直流伺服系統(tǒng)主電路4.3交流伺服系統(tǒng)4.3.1交流伺服電機固有缺點，如電刷和換向器易于磨損，需經(jīng)常維護；換向時換向器會產(chǎn)生火花，直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，交流電機的輸出功率可比直流電機提高10％～70％。此外，交流電機的容量可比直流電機做得大。4.3交流伺服系統(tǒng)4.3.1交流伺服電機1．交流伺服電機的分類和特點（1）異步交流伺服電機（IM）（2）同步交流伺服電機（SM）1．交流伺服電機的分類和特點2．永磁式交流伺服電機（1）結(jié)構(gòu)永磁式交流伺服電機由定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件三部分組成。如圖4.26、圖4.27所示。2．永磁式交流伺服電機圖4.26永磁交流伺服電機橫截面圖4.26永磁交流伺服電機橫截面圖4.27永磁交流伺服電機縱剖面圖4.27永磁交流伺服電機縱剖面（2）工作原理（3）永磁式伺服電機的性能①永磁式伺服電機的性能可用轉(zhuǎn)矩—速度特性曲線描述。②高可靠性。③主要損耗在定子繞組與鐵心上，故散熱容易，便于安裝時采取熱保護措施；而直流電機損耗主要在轉(zhuǎn)子上，散熱困難。④轉(zhuǎn)子慣量小，其結(jié)構(gòu)允許高速工作。⑤體積小、質(zhì)量輕。（2）工作原理4.3.2交流永磁電機調(diào)速系統(tǒng)1．交流電機的一般調(diào)速方法2．交流變頻調(diào)速系統(tǒng)3．交流永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)4.3.2交流永磁電機調(diào)速系統(tǒng)4.3.3交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)1．交流主軸電機2．幾種新型主軸電機3．交流主軸電機的控制方法4．主軸準停控制4.3.3交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)4.4位置檢測裝置4.4.1數(shù)控機床對檢測元件的要求與檢測元件的分類主要要求是：①壽命長，可靠性高，抗干擾能力強；②滿足精度和速度要求；③使用維護方便，適合機床運行環(huán)境；④成本低；⑤便于與計算機聯(lián)接。4.4位置檢測裝置4.4.1數(shù)控機床對檢測數(shù)控機床原理-第04章課件常用位置檢測元件主要有脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器和光柵。常用位置檢測元件主要有4.4.2旋轉(zhuǎn)變壓器1．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理2．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式4.4.2旋轉(zhuǎn)變壓器4.4.3脈沖編碼器脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器。1．脈沖編碼器的工作原理4.4.3脈沖編碼器圖4.45光電盤工作原理示意圖圖4.45光電盤工作原理示意圖2．脈沖編碼器結(jié)構(gòu)3．絕對值脈沖編碼器通過讀取編碼盤上的圖案確定軸的位置。2．脈沖編碼器結(jié)構(gòu)圖4.48光電絕對值編碼器圖4.48光電絕對值編碼器4.4.4光柵（1）直線光柵（即長光柵）①玻璃透射光柵。②金屬反射光柵。（2）圓光柵（3）計量光柵的精度4.4.4光柵數(shù)控機