第四章大连理工大学精品课程建设工程

1、第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程6.1 伺服电机伺服电机直流伺服电机直流伺服电机交流伺服电机交流伺服电机直线电机直线电机第四章大连理工大学精品课程建设工程6.1.1 直流伺服电机直流伺服电机上世纪九十年上世纪九十年代数控系统多代数控系统多为永磁式直流为永磁式直流伺服电机。伺服电机。第四章大连理工大学精品课程建设工程 转矩转矩速度特性曲线：速度特性曲线：转矩转矩M速度速度n速度界限速度界限转矩界限转矩界限温度界限温度界限换向界限换向界限瞬时换向界限瞬时换向界限IIIIII第四章大连理工大学精品课程建设工程I连续工作区：转矩和速度的任意组合都可以连

2、续工作区：转矩和速度的任意组合都可以长时间工作，转矩基本不变，电机工作在恒转矩长时间工作，转矩基本不变，电机工作在恒转矩区。区。II断续工作区：电机只能够间歇工作。一般情断续工作区：电机只能够间歇工作。一般情况指在况指在10分钟的工作周期内，电机有分钟的工作周期内，电机有20%40%的时间在工作。的时间在工作。III加减速区：电机只能用于加速或减速，工加减速区：电机只能用于加速或减速，工作一段极短的时间。作一段极短的时间。第四章大连理工大学精品课程建设工程 直流伺服电机的调速方法：直流伺服电机的调速方法：SRC调速调速;PWM(Pulse Width Modulation)调速调

3、速.第四章大连理工大学精品课程建设工程 直流伺服电机的特点直流伺服电机的特点启动力矩大，低速性能好；启动力矩大，低速性能好；转动惯量大，可以和丝杠直连；转动惯量大，可以和丝杠直连；转子的热容量大，允许过载的时间长；转子的热容量大，允许过载的时间长；由于有换向炭刷，致使维护麻烦，换向时由于有换向炭刷，致使维护麻烦，换向时的火花使最高速度和应用环境受到限制。的火花使最高速度和应用环境受到限制。第四章大连理工大学精品课程建设工程6.1.2 交流伺服电机交流伺服电机目前数控系统中使用的交流伺服电机多为永磁同步交目前数控系统中使用的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服电机。流伺服电机。第四章大

4、连理工大学精品课程建设工程 转矩转矩速度特性曲线：速度特性曲线：第四章大连理工大学精品课程建设工程 交流伺服电机的调速方法：交流伺服电机的调速方法：交交直直交变频；交变频；交交交变频；交变频；第四章大连理工大学精品课程建设工程 交流伺服电机的特点交流伺服电机的特点速度高，动态性能好；速度高，动态性能好；无换向炭刷，维护方便；无换向炭刷，维护方便；制造成本低廉。制造成本低廉。第四章大连理工大学精品课程建设工程6.1.3 直线电机直线电机v速度快；速度快；v直接驱动工作台，无机械中间环节，精直接驱动工作台，无机械中间环节，精度高；度高；v安装维护和调试复杂

5、。安装维护和调试复杂。第四章大连理工大学精品课程建设工程6.2 伺服驱动单元伺服驱动单元6.2.1 伺服驱动单元伺服驱动单元 的工作原理的工作原理第四章大连理工大学精品课程建设工程6.2.2 伺服电机的主回路伺服电机的主回路第四章大连理工大学精品课程建设工程6.3 反馈部件反馈部件脉冲编码器脉冲编码器第四章大连理工大学精品课程建设工程光栅光栅第四章大连理工大学精品课程建设工程6.3 .1 脉冲编码器脉冲编码器增量式增量式/相对式脉冲编码器相对式脉冲编码器第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章

6、大连理工大学精品课程建设工程莫尔干涉条纹的特点：莫尔干涉条纹的特点：放大作用放大作用;W表示栅距，表示栅距，B表示莫尔条纹的纹距（宽表示莫尔条纹的纹距（宽度），度），表示光栅条纹的夹角。则：表示光栅条纹的夹角。则： WWWB 2sin2)sin(2cos均化误差作用均化误差作用;莫尔条纹的光强移动变化近似于正弦波形。莫尔条纹的光强移动变化近似于正弦波形。第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程零脉冲零脉冲第四章大连理工大学精品课程建设工程绝对式脉冲编码器绝对式脉冲编码器第四章大连理工大学精品课程建设

7、工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程6.3 .2 直线光栅尺直线光栅尺第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程安川产品；Heidenhain为代表的EnData。串行绝对式编码器串行绝对式编码器第四章大连理工大学精品课程建设工程6.3.3 反馈脉冲计数电路的实现方法反馈脉冲计数电路的实现方法通用通

8、用IC电路：多采用电路：多采用4位位UP/DOWN计数器（例计数器（例如如74LS169/669）级联而成，一般为）级联而成，一般为16位位/24位。位。专用计数电路：例专用计数电路：例HCTL2000系列芯片，片内带系列芯片，片内带有数字滤波、四倍频、有数字滤波、四倍频、16位位U/D计数电路、三态输计数电路、三态输出等功能。出等功能。专用轴控制芯片：例如专用轴控制芯片：例如MCX312/314系列，片内系列，片内不但具有脉冲计数功能，还具有常用的插补功能不但具有脉冲计数功能，还具有常用的插补功能和开关量（限位）控制等功能。和开关量（限位）控制等功能。使用使用PLD器件，通过软件编程得到计数

9、逻辑。器件，通过软件编程得到计数逻辑。第四章大连理工大学精品课程建设工程6.4 闭环伺服系统的部件互连闭环伺服系统的部件互连以安川伺服系统为例。第四章大连理工大学精品课程建设工程6.5 闭环系统的控制方式闭环系统的控制方式第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程第四章大连理工大学精品课程建设工程6.6 伺服单元应用举例伺服单元应用举例第四章大连理工大学精品课程建设工程 式中，式中，nmax为电机的最高转速；为电机的最高转速；Vm为对应轴要求为对应轴要求的最大进给速度（的最大进给速度（m/min）；）；i为传动机构的传动比；为传动机构

10、的传动比；h为丝杠螺距；为丝杠螺距；k为裕度系数（）。为裕度系数（）。 min)/( maxrhiVknm1） 电机的最高转速不小于实际系统所要求的最高进电机的最高转速不小于实际系统所要求的最高进给速率，可以取给速率，可以取6.7 伺服电机的选型伺服电机的选型第四章大连理工大学精品课程建设工程2 2）电机静扭矩不小于实际系统的静态扭矩）电机静扭矩不小于实际系统的静态扭矩 ihgFkhgmhgmMMMMCWFS2sin式中：式中：m为工作台及工件总质量，单位为工作台及工件总质量，单位kgkg；2 2；i为减速比，为减速比，i=D1/D2；h为丝杠螺距，单位为丝杠螺距，单位m；为倾角；为倾角；摩擦

11、系摩擦系数；数；k k为机床配重百分比。为机床配重百分比。 设系统的静态扭矩为设系统的静态扭矩为MS，摩擦扭矩为，摩擦扭矩为MF，重力扭矩为，重力扭矩为MW，切削扭矩为，切削扭矩为MC，则有：，则有：MS = MF + MW + MC第四章大连理工大学精品课程建设工程3）负载转动惯量不大于电机转动惯量的）负载转动惯量不大于电机转动惯量的3倍，最佳条倍，最佳条件为二者相等。件为二者相等。2242214142221 3232322 kgmLDiLDLdhmJiJJJJPULLEYPULLEYLEADSCREWTABLELOAD 设负载转动惯量为设负载转动惯量为JLOAD，工作台转动惯量为，工作台转动惯量为JTABLE，滚珠丝杠转动惯量为，滚珠丝杠转动惯量为JLEADSCREW，带轮，带轮1的转动惯量为的转动惯量为JPULLEY1，带轮，带轮2的转动惯量为的转动惯量为JPULLEY2。则。则第四章大连理工大学精品课程