《数控机床原理》课件.ppt

第4章数控机床伺服系统 4 1数控机床伺服系统概述4 2直流伺服系统4 3交流伺服系统4 4位置检测装置 4 1数控机床伺服系统概述 伺服系统是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统 是一种位置随动系统 数控机床的伺服系统有两种 即进给伺服系统与主轴伺服系统 4 1 1伺服系统的组成双闭环系统 内环是速度环 外环是位置环 4 1 2数控机床对伺服系统的要求1 进给调速范围宽最高转速与最低转速之比 2 位置精度高保证数控机床的定位精度和进给跟踪精度 闭环伺服系统的分辨率可以达到1 m 数控装置的分辨率可以达0 1 m 3 速度响应快4 低速大转矩伺服驱动系统在低速进给时 要有大的输出转矩 4 1 3伺服系统的分类1 按有无反馈分类 1 开环伺服系统开环伺服系统无位置反馈装置 是数控机床中最简单的伺服系统 图4 2开环伺服系统 2 闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统 图4 3闭环伺服系统 3 半闭环伺服系统 图4 4半闭环伺服系统 2 按驱动装置类型分类 1 电液伺服系统 2 电气伺服系统 3 按进给驱动和主轴驱动分类 1 进给伺服系统 2 主轴伺服系统 4 按反馈比较控制方式分类 1 脉冲 数字比较伺服系统 2 相位比较伺服系统 3 幅值比较伺服系统 4 全数字伺服系统 4 2直流伺服系统 4 2 1直流伺服电机分类1 高速直流伺服电动机2 低速大扭矩宽调速电动机 4 2 2永磁直流伺服电动机1 永磁直流伺服电机的结构与特点 图4 8永磁式直流宽调速伺服电动机 2 永磁直流伺服电机的选用 1 对直流伺服电机的要求 2 直流伺服电动机的选用 4 2 3直流伺服系统主电路4 2 4晶闸管触发电路4 2 5直流电机晶闸管供电的速度控制系统4 2 6晶体管直流脉宽 PWM 调速系统 4 3交流伺服系统 4 3 1交流伺服电机固有缺点 如电刷和换向器易于磨损 需经常维护 换向时换向器会产生火花 直流电机结构复杂 制造困难 交流电机的输出功率可比直流电机提高10 70 此外 交流电机的容量可比直流电机做得大 1 交流伺服电机的分类和特点 1 异步交流伺服电机 IM 2 同步交流伺服电机 SM 2 永磁式交流伺服电机 1 结构永磁式交流伺服电机由定子 转子和检测元件三部分组成 如图4 26 图4 27所示 图4 26永磁交流伺服电机横截面 图4 27永磁交流伺服电机纵剖面 2 工作原理 3 永磁式伺服电机的性能 永磁式伺服电机的性能可用转矩 速度特性曲线描述 高可靠性 主要损耗在定子绕组与铁心上 故散热容易 便于安装时采取热保护措施 而直流电机损耗主要在转子上 散热困难 转子惯量小 其结构允许高速工作 体积小 质量轻 4 3 2交流永磁电机调速系统1 交流电机的一般调速方法2 交流变频调速系统3 交流永磁同步电机调速系统 4 3 3交流主轴驱动系统1 交流主轴电机2 几种新型主轴电机3 交流主轴电机的控制方法4 主轴准停控制 4 4位置检测装置 4 4 1数控机床对检测元件的要求与检测元件的分类主要要求是 寿命长 可靠性高 抗干扰能力强 满足精度和速度要求 使用维护方便 适合机床运行环境 成本低 便于与计算机联接 常用位置检测元件主要有脉冲编码器 旋转变压器 感应同步器和光栅 4 4 2旋转变压器1 旋转变压器的工作原理2 旋转变压器的工作方式 4 4 3脉冲编码器脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器 1 脉冲编码器的工作原理 图4 45光电盘工作原理示意图 2 脉冲编码器结构3 绝对值脉冲编码器通过读取编码盘上的图案确定轴的位置 图4 48光电绝对值编码器 4 4 4光栅 1 直线光栅 即长光栅 玻璃透射光栅 金属反射光栅 2 圆光栅 3 计量光栅的精度 2 工作原理 a 结构图 b 输出波形图4 51透射直线式光栅原理图 3