數(shù)控機(jī)床位置的檢測元件

數(shù)控機(jī)床位置的檢測元件1．

位置檢測裝置的分類i）按測量方式分?jǐn)?shù)字式測量（將被測量以數(shù)字形式來表示）測量信號=>電脈沖=>數(shù)控裝置（處理、比較）位置如：光柵檢測裝置

模擬式測量（將被測量用連續(xù)變量來表示）如：旋轉(zhuǎn)變壓器，感應(yīng)同步器等

下一頁4.1概述

ii)按是否有固定起點分：

章目錄上一頁下一頁絕對式測量：由固定零點起測量位移，事故停機(jī)不受影響，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜（旋轉(zhuǎn)編碼器等）。感應(yīng)同步器、磁尺、光柵等；優(yōu)點：裝置簡單；缺點：一旦出現(xiàn)事故停機(jī)，不易找到正確位置。增量式測量（輪廓控制的機(jī)床采用）iii)

按是否需要轉(zhuǎn)換分：

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直接測量：直接測量出工作臺的位置如光柵、感應(yīng)同步器、不適用于大型機(jī)床.

間接測量：通過測量角位移，間接得出執(zhí)行件的直線位移，存在轉(zhuǎn)換誤差，但測量方便。2.對位置檢測裝置的要求i）

適應(yīng)范圍應(yīng)廣，抗干擾力強(qiáng)；ii）使用維護(hù)方便；iii)能滿足速度和精度的要求；iv）成本低。編碼器直接裝在旋轉(zhuǎn)軸上，以測出軸的旋轉(zhuǎn)角度位置和速度變化，發(fā)出相應(yīng)的電脈沖。

章目錄上一頁下一頁4．2數(shù)字編碼器（脈沖編碼器）

相對式編碼盤（增量式編碼盤）

缺點：機(jī)床若因事故停機(jī)后，不能再找到事故前的正確位置（少用）絕對式編碼盤：無上述缺點，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜數(shù)字編碼盤絕對式編碼器是通過讀取編碼盤上的圖案來表示數(shù)值的，如二進(jìn)制編碼盤，盤中空白透光部分表示為“0”，涂黑不透光部分表示為“1”。

如圖

章目錄返回222120222120二進(jìn)制編碼器葛萊編碼器

章目錄上一頁下一頁絕對值式編碼盤二進(jìn)制編碼盤嚴(yán)格按照001，010，011，100……等設(shè)計光盤，缺點：圖案轉(zhuǎn)移點不明確，容易產(chǎn)生誤讀。葛萊編碼盤每相鄰十進(jìn)制數(shù)之間只有一位二進(jìn)制碼不同，能把誤讀控制在一位數(shù)之內(nèi)，可靠性高。如圖1.工作原理利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，達(dá)到位置檢測和反饋控制。章目錄上一頁下一頁4．3感應(yīng)同步器

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感應(yīng)同步器的組成：感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成，定尺，滑尺用鋼板制成，鋼板上用絕緣粘接劑貼有銅箔，并利用照相腐蝕將銅箔制成印刷線路繞組。

定尺固定在床身上，滑尺固定在工作臺上，工作時隨工作臺移動，定、滑尺彼此平行安裝，滑尺上設(shè)有一個正弦激磁線圈A和余弦線圈B，其位置相差1/4節(jié)距（節(jié)距為2τ）,當(dāng)在滑尺上加上一定頻率的交流電壓后，定尺上將會感應(yīng)出相同頻率的感應(yīng)電壓；滑尺處在不同位置上，定尺上所感應(yīng)電壓的大小會不相同，當(dāng)滑尺移動一個節(jié)距，感應(yīng)電壓也會變化一個余弦波形。感應(yīng)同步器就是利用感應(yīng)電壓的變化來進(jìn)行位置檢測的。章目錄上一頁下一頁2．感應(yīng)同步器的分類：

感應(yīng)同步器

（按結(jié)構(gòu)形式分）i）圓感應(yīng)同步器（用于測量角位移）ii）直線感應(yīng)同步器（用于測量直線位移）a）標(biāo)準(zhǔn)式：精度高，用于要求較高的機(jī)床；b）窄長式：定尺的寬度為標(biāo)準(zhǔn)尺的1/2，用于安裝位置窄小機(jī)床上；c）帶式：運用于普通機(jī)床數(shù)控化改造，結(jié)構(gòu)簡單。按滑尺供電方式及對輸出電壓檢測方式感應(yīng)同步器又分：

鑒相型測量系統(tǒng):通過檢測感應(yīng)電壓的相位來測量位移；鑒幅式測量系統(tǒng):通過檢測感應(yīng)電壓的幅值來測量位移。

章目錄上一頁下一頁如圖

章目錄返回3．鑒相型系統(tǒng)供給該系統(tǒng)滑尺上兩繞組（正、余弦繞組）上的激磁信號是幅值和頻率相同，但相位相差90o的交流電壓，根據(jù)定尺上感應(yīng)電壓的相位來測定滑尺和定尺之間的相對位移量?；呱瞎┙o正弦繞組的電壓為US=USMSinωt滑尺上供給余弦繞組的電壓為UC=UCMCosωt當(dāng)滑尺在定尺上移動時正弦繞組在定尺上的感應(yīng)電壓為U2′=KUSMSinωtCosθ；余弦繞組在定尺上的感應(yīng)電壓為

U2″=-KUCMCosωtSinθ。

章目錄上一頁下一頁式中，K為電磁耦合系數(shù)，UM為最大瞬時電壓

UM=UCM=USM，θ為滑尺繞組相對于定尺繞組的空間相位角。根據(jù)疊加原理，得知定尺上感應(yīng)的總電壓為：

U2=U2′

+U2″

=KUMSin（ωt–θ）當(dāng)感應(yīng)同步器的節(jié)距為2τ時，滑尺直線位移量X和θ角的關(guān)系為：θ=2πX/2τ=πx/τ=（π/τ）?X于是便知道了滑尺位移量X與感應(yīng)電壓相位角θ之間的對應(yīng)關(guān)系。4．鑒幅型系統(tǒng)此系統(tǒng)供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號是頻率和相位相同而幅值不同的交流電壓，根據(jù)定尺上感應(yīng)電壓的幅值變化來測定滑尺和定尺之間的相對位移量。章目錄上一頁下一頁加在滑尺上正、余弦繞組上激磁電壓的幅值的大小應(yīng)分別與要求工作臺移動的指令值X1（與位移相應(yīng)的電角度為θ1）成正、余弦關(guān)系。

US=UMSinθ1SinωtUC=UMCosθ1Sinωt當(dāng)正弦繞組單獨供電時：UC=0，US=UMSinθ1Sinωt滑尺移動時，在定尺上感應(yīng)電壓為：

U2′=KUMSinθ1SinωtCosθ同理，余弦繞組單獨供電時，在定尺上感應(yīng)電壓為：U2″=-KUMCosθ1SinωtSinθ

章目錄上一頁下一頁當(dāng)正、余弦繞組同時供電時，根據(jù)疊加原理，定尺上感應(yīng)電壓為：U2=KUMSinωtSin（θ1-θ）上式反映出：定尺上感應(yīng)電壓的幅值隨指令給定的位移量X1（θ1）與工作臺實際位移量是X（θ）的差值的正弦規(guī)律變化。

5.有關(guān)說明1）

感應(yīng)同步器測量精度高（直接測量）：精度±0.001mm重復(fù)精度0.0002mm直線式靈敏度0.00005mm

精度0.5″重復(fù)精度0.1″圓感應(yīng)式靈敏度0.05″章目錄上一頁下一頁

2）

拼接方便：根據(jù)測量長度的需要，可任意接長，接長后測量精度基本不變；3）

對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，抗溫防濕性能好；4）

使用壽命長，定滑尺不接觸，無磨損；5）

安裝時，應(yīng)注意控制定、滑尺間的間隙，一般在（0.02～0.25）±0.05以內(nèi)。章目錄上一頁下一頁旋轉(zhuǎn)變壓器既是一種變壓器，它有原邊和副邊，也是一種交流電動機(jī)，它有定子（原邊）和轉(zhuǎn)子（副邊）。1．

工作原理：通過測量旋轉(zhuǎn)變壓器副邊（轉(zhuǎn)子繞組）中感應(yīng)電壓的幅值或相位，測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。

當(dāng)激磁電壓V1加到定子繞組（原邊）時，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子線圈（副邊）將產(chǎn)生感應(yīng)電壓，但因轉(zhuǎn)子軸線與定子軸線的夾角不同，而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓是變化的。

V2=KV1Sinθ=KVmSinωtSinθV2——副邊感應(yīng)電壓；K——電磁耦合系數(shù)；V1——定子的勵磁電壓V1=VmSinωt；θ——轉(zhuǎn)子線圈磁軸與定子線圈磁軸的夾角。章目錄上一頁下一頁4．4旋轉(zhuǎn)變壓器

2.多極旋轉(zhuǎn)變壓器（細(xì)分解算器）為了提高旋轉(zhuǎn)變壓器的測量精度，可采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器，其誤差可控制在3.5″以內(nèi)。原理：通過增加定子（或轉(zhuǎn)子）的極對數(shù)，使電氣轉(zhuǎn)角為機(jī)械轉(zhuǎn)角的倍數(shù)，其提高精度的倍數(shù)，等于定子（或轉(zhuǎn)子）的極對數(shù)。見P61、P62

這種變壓器無電刷與滑環(huán)接觸，壽命長，能變速運行，成本低，工作可靠，高電平為0.5-1.5V，廣泛用于數(shù)控機(jī)床。旋轉(zhuǎn)變壓器測量系統(tǒng)也分為鑒相型和鑒幅型兩種，其原理與感應(yīng)同步器相似。章目錄上一頁下一頁圖3-12章目錄返回1．工作原理光柵由標(biāo)尺光柵和指示光柵等所組成。標(biāo)尺光柵（長光柵）裝在機(jī)床的移動部件上，指示光柵（短光柵）裝在機(jī)床的固定部件上，兩者平行間距0.05-0.1mm。設(shè)：①標(biāo)尺光柵與指示光柵的柵距相等,均為ω；②指示光柵相對于標(biāo)尺光柵傾斜一個很小的角度θ。則，兩塊光柵刻線相交，當(dāng)通過聚光鏡的燈光射到光柵上，就會產(chǎn)生明暗交替的橫向莫爾條紋，其節(jié)距為Wc；若標(biāo)尺光柵沿指示光柵左右勻速移動一個柵距ω，則明暗條紋就會上下移動一個節(jié)距Wc。

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4．5光柵

由于θ角很小，所以Wc=ω/Sinθ≈ω/θ（mm）,所以節(jié)距Wc比柵距ω放大了1/θ倍。若ω=0.01mm，θ=0.001弧度，則Wc=10mm，放大了1000倍，這就是光柵的放大作用。章目錄上一頁下一頁點擊放大章目錄返回2．縱向和斜向莫爾條紋及圓弧莫爾條紋。a）

若線紋相互平行，即交角θ=0，柵距分別為ω1，ω2兩塊標(biāo)尺（光柵）疊置，便可形成與線紋平行的莫爾條紋，稱為“縱向莫爾條紋”。b）

斜向莫爾條紋：若將構(gòu)成縱向莫爾條紋的兩塊光柵相對轉(zhuǎn)過θ角，就形成斜向莫爾條紋（兼有縱、橫向性質(zhì)）（P69）c）

圓光柵圓弧莫爾條紋：兩塊光柵刻以等距的過圓心的徑向刻線，使其徑向光柵疊置，保持一個很小的偏心e，便形成圓莫爾條紋。（P70）章目錄上一頁下一頁圖3-29圖3-30

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章目錄返回3．位移→光→電變換器（光柵讀數(shù)頭）位移→光→電變換器是光柵位置信號的檢測裝置，由光源，指示光柵，光學(xué)系統(tǒng)及光電元件組成，形式較多：有反射讀數(shù)頭、鏡像讀數(shù)頭、分光讀數(shù)頭、垂直入射讀數(shù)頭等。（略）4．光柵的辨向為了確定直線光柵的運動方向，需要用到二個光電元件S1和S2，S2和S1安裝距離為（1/4）Wc，通過S1和S2的光束分別由兩個光電元件來接受，當(dāng)光柵移動時，莫爾條紋通過兩個隙縫的時間相差1/4個周期，當(dāng)標(biāo)尺光柵Gs向右移動時，（P72圖3-36（C））莫爾條紋向上移動，隙縫S2的輸出信號超前1/4周期；若Gs左移，S1輸出超前1/4周期，便可以判別光柵移動的方向。章目錄上一頁下一頁

直線磁尺——測直線位移

磁尺

（測量標(biāo)準(zhǔn)）

圓型磁尺——測角位移

磁尺檢測裝置

磁頭

（磁→電信號）

檢測電路

制作簡單，安裝方便，對環(huán)境要求不高，抗干擾力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，常作為精密機(jī)床，數(shù)控機(jī)床及各種測量機(jī)用。

直線磁尺：（帶狀磁尺、平面實體磁尺、線狀磁尺）用于不同場合；

1．磁尺圓磁尺：（有盤形和鼓形等）

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4．6磁尺裝置

在基體（非導(dǎo)磁材料：銅、不銹鋼、玻璃）表面涂敷一層10～20μm硬磁材料，表面錄制磁信號，在最外面涂一層耐磨塑料。2．磁頭（磁→電轉(zhuǎn)換器）

作用：磁信號→電信號→檢測電路。（反映空間位置）

組成：①鐵芯

②兩個激磁線圈（兩個產(chǎn)生磁通方向相反）

③兩個拾磁線圈（串聯(lián)）

將高頻勵磁電流通入勵磁繞組時，在磁頭上產(chǎn)生磁通φ，當(dāng)磁頭靠近磁尺時，磁尺上的磁信號產(chǎn)生的磁通進(jìn)入磁頭鐵芯，并被高頻勵磁電流產(chǎn)生的磁通φ所調(diào)制。章目錄上一頁下一頁如圖

章目錄返回拾磁線圈中感應(yīng)電壓U為：

U=U0Sin（2πχ/λ）Sinωt

U0——感應(yīng)電壓系數(shù)；

λ——磁尺磁化信號的節(jié)距；

χ——磁頭相對磁尺的位移；

ω——勵磁電流角頻率。辨向：為了辨別磁頭在磁尺上移動方向，通常采用裝2個磁頭并使兩個磁頭之間的距離為（m±1/4）λ，若向兩個磁頭分別供給i1和i2的勵磁電流，則在兩磁頭上產(chǎn)生的輸出電壓分別是：U1=U0Sin（2πχ/λ）SinωtU2=U0Cos（2πχ/λ）Sinωt章目錄上一頁下一頁如圖

章目錄返回如圖U1和U2的相位相差90o，然后根據(jù)兩磁頭輸出的信號超前還是滯后，確定磁頭移動方向。

3．檢測線路P65

章目錄上一頁下一頁鑒幅型系統(tǒng)（不常采用）

鑒相型系統(tǒng)：精度較高，分辨可達(dá)1μm，使用較多。章目錄上一頁下一頁點擊放大輸出電壓：U=U0Sin[（2πχ/λ）+ωt]上式反映位移與合成電壓之間的關(guān)系（同感應(yīng)同步器）

章目錄返回第五章數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)5.1概述5.2伺服驅(qū)動裝置

5.3典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)介紹5.4伺服系統(tǒng)的分析5.5進(jìn)給伺服系統(tǒng)的特性對加工精度的影響目錄1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用：接收數(shù)控系統(tǒng)的位移指令，經(jīng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動工作臺或主軸頭架等執(zhí)行部作快進(jìn)或工進(jìn)。2）組成：進(jìn)給伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動裝置，伺服電路，機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成。3）分類：（按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服系統(tǒng)類型分）a)開環(huán)控制系統(tǒng)一般采用步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動執(zhí)行部件，每一脈沖信號通過步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生一定位移（沒有反饋測量系統(tǒng)）。章目錄上一頁下一頁1.概述

如圖

章目錄返回機(jī)床工作臺控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)b）半閉環(huán)控制系統(tǒng)用檢測絲杠或伺服馬達(dá)的回轉(zhuǎn)角，間接測出機(jī)床的位移，經(jīng)反饋送回控制系統(tǒng)與控制值比較，用差值進(jìn)行控制。此系統(tǒng)有反饋系統(tǒng)，測量元件裝在絲杠或伺服馬達(dá)端部兩種。半閉環(huán)回路沒有包括絲杠，螺母副及工作臺，精度不高，但穩(wěn)定性好。

章目錄上一頁下一頁如圖半閉環(huán)控制系統(tǒng)章目錄返回機(jī)床工作臺反饋信號數(shù)控裝置伺服馬達(dá)位置檢測器機(jī)床工作臺數(shù)控裝置伺服馬達(dá)位置檢測器c）閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)章目錄上一頁下一頁數(shù)控裝置伺服馬達(dá)工作臺位置檢測器其工作原理與半閉環(huán)相同，但測量位置元件裝在工作臺上，可直接測量出工作臺的實際位置，反饋精度高于半閉環(huán)，但穩(wěn)定性較半閉環(huán)差。

1)步進(jìn)電機(jī)a）結(jié)構(gòu)（以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例）

定子鐵心上有6個均布的磁極，沿直徑相對的兩個極上線圈串聯(lián)，構(gòu)成一相激磁線圈，極與極之間夾角為60o，每個定子磁極上均布5個齒，齒距角為90；轉(zhuǎn)子鐵心上無線圈，只均布40個齒，齒距角為（360o/40）=9o，三相（A、B、C）定子磁極沿徑向排列，三相定子磁極上的齒依次錯開1/3齒距（3o）b）工作原理章目錄上一頁下一頁如圖5.2伺服驅(qū)動裝置

章目錄返回當(dāng)某相定子激磁后，根據(jù)磁路特性（最短距離原則），它吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的齒與該相定子磁極上的齒對齊，于是使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，當(dāng)A組線圈通電時，轉(zhuǎn)子的齒與A極對齊，A斷B組通后，齒又與B組對齊。步進(jìn)電機(jī)通電方式單三拍A→B→C→A…雙三拍AB→BC→CA→AB…三相六拍A→AB→B→BC→C→CA→A…

總結(jié)：i）定子線圈每通斷一次，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個確定的角度，即步距角α=360o/（mzk）m——定子線圈相數(shù)（磁極對數(shù)）；z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)；k——通電方式系數(shù)，單拍為1，雙拍為2。章目錄上一頁下一頁

ii）

改變定子線圈的通電順序，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向隨之改變；iii）

定子線圈通電頻率決定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，通電次數(shù)的多少決定了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的大??；iv)步進(jìn)電機(jī)有自整角能力，無需機(jī)械制動。2)直流伺服電機(jī)i）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

作用在電機(jī)上的電壓U等于反電勢與電樞壓降之和。

即：

U=Ea+IaRa

Ea

——

反電勢；

Ia

——

電樞電流；

Ra——

電樞電阻。

章目錄上一頁下一頁如圖章目錄返回Ea=Ken

Ke

——

電勢系數(shù)

Ke=CeΦ

Φ—

勵磁磁通

n——電樞轉(zhuǎn)速（r/min）所以：n

——

直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。從上式可知，可以通過以下三種方法調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速即：a）

改變電樞電壓，可使n↑或↓；b）

改變電勢系數(shù)Ke，因為Ke=CeΦ，主要通過改變勵磁磁通Φ；（通過改變勵磁回路的電阻Rj，以改變勵磁電流Ij達(dá)到改變Φ的目的）章目錄上一頁下一頁C)在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rt，則轉(zhuǎn)速公式為：

章目錄上一頁下一頁*最通常的方法是改變電樞電壓U的辦法來調(diào)速，（保持Ra和Ke不變），因為這種方法調(diào)速范圍大，可調(diào)高，也可調(diào)低。ii）直流伺服電機(jī)的特性a）

機(jī)械特性反映電動機(jī)轉(zhuǎn)矩變化和轉(zhuǎn)速變化之間的關(guān)系的性能，叫做機(jī)械特性。Mdnn0M0理想空載轉(zhuǎn)速（此時受到的轉(zhuǎn)矩為0）

堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

KT——

電機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)KT=CmΦ；Ra

——

電樞電阻；U——

電樞電壓。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

Md是轉(zhuǎn)速為零時的電磁轉(zhuǎn)矩。

是機(jī)械特性的斜率，K越大，則n0—Md線越陡，表示機(jī)械特性越軟，反映電機(jī)所受負(fù)載有小的變化，將引起電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生較大的變化。通常采用減小電樞電阻Ra使機(jī)械特性變硬。章目錄上一頁下一頁

b）

動態(tài)特性

電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程

M——

電磁轉(zhuǎn)矩；ML——

負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J——

電機(jī)本身及所帶負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量之和。

電樞繞組不僅有電阻Ra，而且有電感La，在過渡過程中電樞電流Ia是變化的，所以電樞回路中會產(chǎn)生電抗壓降。所以，動態(tài)電壓平衡方程為：章目錄上一頁下一頁

——

電抗壓降；

IaRa——電樞電壓降；Ea——電樞的反電動勢；Ｕ——電樞電壓。

將上式整理，并令

得：章目錄上一頁下一頁

電勢系數(shù)：（Ｐ１２６）

ＴＭ——電機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)。表示加上電樞電壓后，轉(zhuǎn)速達(dá)到額值所需的時間；ＴＥ——電機(jī)的電氣時間常數(shù)。表示加上電樞電壓后，電樞電流達(dá)到額定值所需的時間。3ＴＭ稱為過渡過程時間，即如果t＝3ＴＭ則電機(jī)的角速度ω可達(dá)到理想空載速度的95％，即ω＝0.95ω０，說明電機(jī)啟動過程已基本結(jié)束。

c）

大慣量直流伺服電機(jī)簡介（寬調(diào)速直流伺服電機(jī)）

▲結(jié)構(gòu)特點：章目錄上一頁下一頁i）

永磁式激磁方式；ii）

采用高性能磁性材料來產(chǎn)生強(qiáng)磁場，并保持磁性能穩(wěn)定；iii）增加轉(zhuǎn)子的槽數(shù)和槽的截面積，增大磁極對數(shù)，采用單波繞組形式，以增大電機(jī)轉(zhuǎn)矩。通過以上辦法，使機(jī)械常數(shù)和電氣時間常數(shù)都減小，改善了快速響應(yīng)性，增大電機(jī)轉(zhuǎn)矩，過載能力增強(qiáng)10-15倍，允許持續(xù)過載的時間長；由于本身轉(zhuǎn)動慣量大，可直接驅(qū)動負(fù)載，無需機(jī)械減速傳動鏈，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以較高，同時，電機(jī)在低速下仍能平穩(wěn)運行。另外，在可電機(jī)本身上裝測速機(jī)和位置檢測元件（旋變器）及機(jī)械制動器，同時還具有熱容量大，允許過熱時間長的特點。章目錄上一頁下一頁▲▲工作特性：特性分為三個區(qū)：Ⅰ區(qū)為連續(xù)工作區(qū)；Ⅱ區(qū)為間歇工作區(qū)；Ⅲ區(qū)為瞬時加減速區(qū)。ＡＣＢ曲線是換向限制曲線（曲線以下?lián)Q向良好）；ＣＭr是發(fā)熱限制線（在該線的左邊可連續(xù)運轉(zhuǎn)）；ＢＭp是去磁線，轉(zhuǎn)距大于Ｍp，電機(jī)將產(chǎn)生不能恢復(fù)的退磁現(xiàn)象；ＤＡnmax線是電機(jī)不致發(fā)生故障的轉(zhuǎn)速上限線；ＤＥ為瞬時換向線。這類電機(jī)因性能好，成本低。已廣泛使用在數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中。章目錄上一頁下一頁如圖章目錄返回▲▲▲可控硅調(diào)速系統(tǒng)：如圖所示為三相零式反并聯(lián)可控硅調(diào)速電路，在電路中設(shè)置了兩組整流電路，一組是控制正轉(zhuǎn)電路ＺＺＬ，另一組為控制反向轉(zhuǎn)動的ＦＺＬ，由于整流電壓是脈動的，瞬時值并不相等，而有環(huán)路脈動電流出現(xiàn)；為控制環(huán)流過大，分別串聯(lián)平衡電抗器Ｌd１和Ｌd２，該系統(tǒng)工作時，正反兩組整流電路同時加上觸發(fā)脈沖。無環(huán)流系統(tǒng)性能較好，無環(huán)流可逆系統(tǒng)在任何情況下是一組整流器工作，因而不產(chǎn)生環(huán)流。（沒有環(huán)流附加損耗，可靠性也高，應(yīng)用廣）無環(huán)流系統(tǒng)在電流改變方向時應(yīng)具備三個條件，即：a）

有轉(zhuǎn)矩電流反向指令；b）

原工作組電流已減小到零；c）

有必要的延遲。章目錄上一頁下一頁如圖章目錄返回ＦＡＮＵＣ公司７Ｍ三相橋式反并聯(lián)無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。（圖）章目錄上一頁下一頁▲▲▲▲晶體管脈沖調(diào)寬調(diào)速系統(tǒng)

（PWM）a）

原理：利用大功率晶體管作為開關(guān)元件，將整流后的恒壓直流電源，轉(zhuǎn)換成幅值不變，脈沖寬度可調(diào)的矩形波電源，即通過改變脈寬的方法來改變電樞回路的平均電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。保持供電脈沖的頻率和幅值不變，只改變脈沖寬度，相當(dāng)改變了供電時間的長短，達(dá)到調(diào)速。

章目錄上一頁下一頁VttV設(shè)此時電機(jī)速度為V1設(shè)此時電機(jī)速度為V2V2/V1≈脈寬之比

b）高頻載波法脈寬調(diào)制器，通過改變輸入電壓UR或載波信號的幅值E，來控制工作角α，達(dá)到控制脈沖寬度的目的。α=

α——工作角；

E——載波電壓的幅值；UR——速度指令電壓。直流輸入信號UR加在高頻載波信號D(t)上，相加后所得的信號e(t)再送到一個繼電器中，改變輸入電壓UR或載波信號的幅值，改變工作角α，從而達(dá)到改變輸出脈沖電壓的寬度。章目錄上一頁下一頁如圖章目錄返回

c）晶體管脈寬放大器章目錄上一頁下一頁3．寬調(diào)速交流伺服電機(jī)系統(tǒng)

1）

交流伺服電機(jī)系統(tǒng)簡介該系統(tǒng)為：交流異步電動機(jī)+變頻調(diào)速系統(tǒng)（即采用交流異步電機(jī)做伺服驅(qū)動裝置）交流異步電動機(jī)系統(tǒng)是近年來發(fā)展的一種新型系統(tǒng)，因成本底，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，無電刷和換向磨損，使用較多。

2）

交流伺服電機(jī)的變頻調(diào)速交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速n公式：P——

電機(jī)的極對數(shù)；f——

電源頻率；s——滑差率。章目錄上一頁下一頁上式可見n∝f但異步電機(jī)中定子繞組的反電動勢：E=4.44fωKφ如略去定子的阻抗壓降，則端電壓：U=E=4.44fωKφ上式說明感應(yīng)系數(shù)K為定值情況下，若端電壓不變，則隨頻率f與相應(yīng)的同步角速ω的升高，氣隙磁通φ減小。轉(zhuǎn)矩公式：M=CmφI2Cosφφ↓→I2↓→M↓為了獲得恒轉(zhuǎn)矩，必須采用同時變頻變壓調(diào)速。

章目錄上一頁下一頁如圖章目錄返回章目錄上面a）圖中用可控硅整流器來調(diào)壓，用逆變器來擔(dān)任中間直流濾波和調(diào)頻任務(wù)；是一種脈沖幅值調(diào)制（PAM）控制法。上面b）圖用二極管穩(wěn)流得到恒定直流電壓，用脈寬調(diào)制的逆變器來調(diào)頻很調(diào)壓。（b方案優(yōu)于a方案）上一頁下一頁5．3典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡介一、步進(jìn)開環(huán)系統(tǒng)用于普通機(jī)床數(shù)控化改造1、傳動計算a）直線進(jìn)給系統(tǒng)：δ——脈沖當(dāng)量；i——齒輪的傳動比；t——絲杠的導(dǎo)程。α——步進(jìn)電機(jī)的步距角。如圖章目錄上一頁下一頁章目錄返回如圖b）對于圓周進(jìn)給系統(tǒng)章目錄上一頁下一頁章目錄上一頁

——電機(jī)步距角；ZK——蝸桿頭數(shù)；ZW——蝸輪齒數(shù)；δ0——脈沖當(dāng)量。步進(jìn)開環(huán)系統(tǒng)脈沖當(dāng)量δ，一般為0.0