數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述課件.ppt

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1、第4章數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)4.1數(shù)控機(jī)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(cè)裝置4.1數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)是以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種位置隨動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)有兩種，即進(jìn)給伺服系統(tǒng)與主軸伺服系統(tǒng)。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)。4.1.2數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求1．進(jìn)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(jī)床的定位精度和進(jìn)給跟蹤精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的分辨率可以達(dá)到1?m，數(shù)控裝置的分辨率可以達(dá)0.1?m。3．速度響應(yīng)快4．低速大轉(zhuǎn)矩伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低速

2、進(jìn)給時(shí)，要有大的輸出轉(zhuǎn)矩。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(jī)床中最簡(jiǎn)單的伺服系統(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(dòng)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)2．按驅(qū)動(dòng)裝置類型分類（1）電液伺服系統(tǒng)（2）電氣伺服系統(tǒng)3．按進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)分類（1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)（2）主軸伺服系統(tǒng)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)4.2直流伺服系統(tǒng)4.2.1直流伺服電機(jī)分類1．高

3、速直流伺服電動(dòng)機(jī)2．低速大扭矩寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)4.2.2永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)1．永磁直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)圖4.8永磁式直流寬調(diào)速伺服電動(dòng)機(jī)2．永磁直流伺服電機(jī)的選用（1）對(duì)直流伺服電機(jī)的要求（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)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(jī)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)4.3交流伺服系統(tǒng)4.3.1交流伺服電機(jī)固有缺點(diǎn)，如電刷和換向器易于磨損，需經(jīng)常維護(hù)；換向時(shí)換向器會(huì)產(chǎn)生火花，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，交流電機(jī)的輸出功率可比直流電機(jī)提高10％～70％。此外，交流電機(jī)的容量可比直流

4、電機(jī)做得大。1．交流伺服電機(jī)的分類和特點(diǎn)（1）異步交流伺服電機(jī)（IM）（2）同步交流伺服電機(jī)（SM）2．永磁式交流伺服電機(jī)（1）結(jié)構(gòu)永磁式交流伺服電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和檢測(cè)元件三部分組成。如圖4.26、圖4.27所示。圖4.26永磁交流伺服電機(jī)橫截面圖4.27永磁交流伺服電機(jī)縱剖面（2）工作原理（3）永磁式伺服電機(jī)的性能①永磁式伺服電機(jī)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(shí)采取熱保護(hù)措施；而直流電機(jī)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。4.3.2交流永磁電機(jī)調(diào)速系

5、統(tǒng)1．交流電機(jī)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(jī)調(diào)速系統(tǒng)4.3.3交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1．交流主軸電機(jī)2．幾種新型主軸電機(jī)3．交流主軸電機(jī)的控制方法4．主軸準(zhǔn)停控制4.4位置檢測(cè)裝置4.4.1數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)元件的要求與檢測(cè)元件的分類主要要求是：①壽命長(zhǎng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；②滿足精度和速度要求；③使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；④成本低；⑤便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。常用位置檢測(cè)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。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4.4.3脈沖編碼器脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器。

6、1．脈沖編碼器的工作原理圖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(duì)值脈沖編碼器通過讀取編碼盤上的圖案確定軸的位置。圖4.48光電絕對(duì)值編碼器4.4.4光柵（1）直線光柵（即長(zhǎng)光柵）①玻璃透射光柵。②金屬反射光柵。（2）圓光柵（3）計(jì)量光柵的精度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3．光柵檢測(cè)裝置（1）光柵讀數(shù)頭（2）辨向方法4.4.5感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測(cè)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)圖4.58直線感應(yīng)同步器