数控机床原理第章4

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1m，数控装置的分辨率可以达0.1m。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．按进给给驱动和主主轴驱动分分类（1）进给给伺服系统统（2）主轴轴伺服系统统4．按反馈馈比较控制制方式分类类（1）脉冲冲、数字比比较伺服系系统（2）相位位比较伺服服系统（3）幅值值比较伺服服系统（4）全数数字伺服系系统4.2直直流伺伺服系系统4.2.1直流伺服电电机分类1．高速直直流伺服电电动机2．低速大大扭矩宽调调速电动机机4.2.2永磁直流伺伺服电动机机1．永磁直直流伺服电电机的结构构与特点图4.8永永磁式式直流宽调调速伺服电电动机2．永磁直直流伺服电电机的选用用（1）对直直流伺服电电机的要求求（2）直流流伺服电动动机的选用用4.2.3直流伺服系系统主电路路4.2.4晶闸管触发发电路4.2.5直流电机晶晶闸管供电电的速度控控制系统4.2.6晶体管直流流脉宽（PWM）调速系统统4.3交流伺伺服系系统4.3.1交流伺服电电机固有缺点，，如电刷和和换向器易易于磨损，，需经常维维护；换向向时换向器器会产生火火花，直直流电机结结构复杂，，制造困难难，交流流电机的输输出功率可可比直流电电机提高10％～70％。此此外，交流流电机的容容量可比直直流电机做做得大。1．交流伺伺服电机的的分类和特特点（1）异步步交流伺服服电机（IM）（2）同步步交流伺服服电机（SM）2．永磁式式交流伺服服电机（1）结构构永磁式交流流伺服电机机由定子、、转子和检检测元件三三部分组成成。如图4.26、、图4.27所示。。图4.26永磁磁交流伺服服电机横截截面图4.27永磁磁交流伺服服电机纵剖剖面（2）工作作原理（3）永磁磁式伺服电电机的性能能①永磁式式伺服电机机的性能可可用转矩——速度特性性曲线描述述。②高可靠靠性。③主要损损耗在定子子绕组与铁铁心上，故故散热容易易，便于安安装时采取取热保护措措施；而直直流电机损损耗主要在在转子上，，散热困难难。④转子惯惯量小，其其结构允许许高速工作作。⑤体积小小、质量轻轻。4.3.2交流永磁电电机调速系系统1．交流电电机的一般般调速方法法2．交流变变频调速系系统3．交流永永磁同步电电机调速系系统4.3.3交流主轴驱驱动系统1．交流主主轴电机2．几种新新型主轴电电机3．交流主主轴电机的的控制方法法4．主轴准准停控制4.4位置检检测装装置4.4.1数控机床对对检测元件件的要求与与检测元件件的分类主要要求是是：①寿命命长，可靠靠性高，抗抗干扰能力力强；②满满足精度和和速度要求求；③使用用维护方便便，适合机机床运行环环境；④成成本低；⑤⑤便于与计计算机联接接。常用位置检检测元件主主要有脉冲编码器器、旋转变压器器、感应同步器器和光栅。4.4.2旋转变压器器1．旋转变变压器的工工作原理2．旋转变变压器的工工作方式4.4.3脉冲编码器器脉冲编码器器是一种旋旋转式脉冲冲发生器。。1．脉冲编编码器的工工作原理图4.45光电电盘工作原原理示意图图2．脉冲编编码器结构构3．绝对值值脉冲编码码器通过读取编编码盘上的的图案确定定轴的位置置。图4.48光电电绝对值编编码器4.4.4光栅（1）直线线光栅（即即长光栅））①玻璃透透射光栅。。②金属反反射光栅。。（2）圆光光栅（3）计量量光栅的精精度2．工作原原理（a）结构构图（（b）输出波波形图4.51透射射直线式光光栅原理图图3．光栅检检测装置（1）光栅栅读数头（2）辨向向方法4.4.5感应同步器器是一种电磁磁式位置检检测元件。。一般可分分为直线式式和旋转式式两种。1．感应同同步器结构构图4.58直线线感应同步步器谢谢观看/欢迎下载BY