1、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),第一節(jié) 概述 第二節(jié) 檢測(cè)裝置 第三節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 第四節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 第五節(jié) 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 第六節(jié) 主軸驅(qū)動(dòng) 第七節(jié) 位置控制,立式銑床,第一節(jié) 概述,主軸電機(jī),伺服電機(jī),刀庫(kù)刀具定位電機(jī),機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī),帶制動(dòng)器伺服電機(jī),加工中心,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Servo System),CNC系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)電機(jī),檢測(cè)裝置,控制信號(hào),反饋信號(hào),光柵尺,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),一、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的定義 伺服系統(tǒng)是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的“大腦” ， “指揮機(jī)構(gòu)” 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“四肢” ， “執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。

2、伺服系統(tǒng)的組成 檢測(cè)裝置：感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵、脈沖編碼器等。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī),數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較,本質(zhì)區(qū)別 由人操作，機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)能保證切削過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，不能控制執(zhí)行件的位移和軌跡. 由CNC裝置按照零件程序完成零件的加工。能精確地控制執(zhí)行件的速度、方向、和位置，且可使幾個(gè)執(zhí)行件按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律合成軌跡。,二、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類 1、按伺服系統(tǒng)控制方式分 開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)，無(wú)位置反饋，投資低，精度低 閉環(huán)系統(tǒng) 直接測(cè)量實(shí)際位移進(jìn)行反饋，精度高 半閉環(huán)系統(tǒng) 間接測(cè)量位移進(jìn)行反饋，精度低于閉環(huán) 2、按控制對(duì)象和使用目的不同分 進(jìn)給伺服系統(tǒng)

3、 控制各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 主軸驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng) 控制主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 輔助伺服系統(tǒng) 控制刀庫(kù)、料庫(kù)等輔助系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，多采用建議的位置控制。,二、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類（續(xù)）,3、按反饋比較控制方式分 脈沖比較伺服系統(tǒng) 相位比較伺服系統(tǒng) 幅值比較伺服系統(tǒng) 全數(shù)字伺服系統(tǒng)。 4、按所用驅(qū)動(dòng)元件的類型分 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),三、數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求,高精度 要求定位準(zhǔn)確（定位誤差持別是重復(fù)定位誤差要小），跟隨精度高（跟隨誤差?。Ｒ话愣ㄎ痪纫筮_(dá)到mm級(jí)，高的達(dá)0.010.005 mm。 靈敏度高，響應(yīng)快 提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，一般電機(jī)

4、升降速過(guò)渡過(guò)程，時(shí)間在0.2s以下。另外，當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，要求速度的恢復(fù)時(shí)間短，且無(wú)振蕩，這樣才能得到光滑的加工表面。 調(diào)速范圍寬 保證在任何情況下都能得到最佳切削條件和加工質(zhì)量，一般要求調(diào)速范圍 ：最低轉(zhuǎn)速/最高轉(zhuǎn)速=1/10001/10000，且通常是無(wú)級(jí)調(diào)速。 低速大轉(zhuǎn)矩 一般是在低速進(jìn)行重切削，所以在低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。 可靠性高 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。,第二節(jié) 檢測(cè)裝置,性能指標(biāo) 系統(tǒng)精度：是指在一定長(zhǎng)度或轉(zhuǎn)角內(nèi)測(cè)量積累誤差的最大值，如0.0020.02mm/m，10/360等。 系統(tǒng)分辨率：是測(cè)量元件所能正確檢測(cè)的最小位移量，如目前直線位移的分辨率為0.

5、0010.01mm。角位移分辨率為2。,檢測(cè)裝置是伺服系統(tǒng)的重要組成部分。 作用 檢測(cè)位置和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)， 對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制。 要求 工作可靠，抗干擾能力強(qiáng) 滿足精度、分辨率、測(cè)量范圍 使用維修方便、成本低,檢測(cè)裝置的分類,按檢測(cè)信號(hào)分：數(shù)字式、模擬式 按測(cè)量基準(zhǔn)分：增量式、絕對(duì)式 按安裝位置關(guān)系分：直接測(cè)量、間接測(cè)量,常見(jiàn)檢測(cè)裝置,一、旋轉(zhuǎn)變壓器,旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測(cè)量裝置。,1旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)上和兩相繞線式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)于組成。,定子繞組為變壓器的一次繞組 轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的二次繞組。,根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組兩種不同的引出方式旋轉(zhuǎn)變壓器分 有刷式 無(wú)刪

6、式,旋轉(zhuǎn)變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,根據(jù)互感原理工作的，定子繞組加上勵(lì)磁電壓，通過(guò)電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電功勢(shì)。 輸出感應(yīng)電功勢(shì)大小與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，就是通過(guò)測(cè)量被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速來(lái)間接測(cè)量工作臺(tái)的位移。,2旋轉(zhuǎn)變壓器 的工作原理,3旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用,特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便輸出信號(hào)幅度大，抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床上。 應(yīng)用 實(shí)際使用中采用的是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子均由兩組匝數(shù)相等、互相 垂直的繞組構(gòu)成。,二、感應(yīng)同步器,感應(yīng)同步器是旋轉(zhuǎn)變壓器演變而來(lái)，也是一種電磁感應(yīng)式的位移檢測(cè)裝置。 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu) 圓型感應(yīng)同步器 由定子和轉(zhuǎn)子組成，用 于測(cè)量角

7、位移 直線型感應(yīng)同步器 由定子和轉(zhuǎn)子組成，用 于測(cè)量直線位移,2. 直線感應(yīng)同 步器的結(jié)構(gòu),利用兩個(gè)平面形印刷繞組，其間保持均勻氣隙約為(0.250.05)mm 作相對(duì)平行移動(dòng)，根據(jù)交變磁場(chǎng)和互感原理而工作的。,定尺為連續(xù)繞組，節(jié)距W22(a2b2)，其中a2為導(dǎo)電片寬，b2為片間間隙，定尺節(jié)距即為檢測(cè)周期W，常取W2mm。,滑尺為分段繞組，分為正弦和余弦繞組兩部分, 兩繞組的節(jié)距都為W12(a1b1)，其中a1為導(dǎo)電片寬，b1為片間間隙，一般取W1W2或W1W2/3。,滑尺上有正弦和余弦勵(lì)磁繞組，在空間位置上相差1/4節(jié)距，定尺和滑尺繞組的節(jié)距相同。若滑尺繞組加勵(lì)磁電壓，則由于電磁感應(yīng)而在定

8、尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其大小取決于滑尺與定尺的相對(duì)位置。,3. 直線感應(yīng)同步器的工作原理 根據(jù)交變磁場(chǎng)和互感原理而工作的。,可以看出：滑尺在移動(dòng)一個(gè)節(jié)距的過(guò)程中，感應(yīng)電勢(shì)變化了一個(gè)周期。 若勵(lì)磁電壓uUmsint，那么在定尺繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)e為 ekUmcoscos t,若勵(lì)磁電壓 uUmsint 則定尺繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)e ekUmcoscos t 式中 Um勵(lì)磁電壓幅值(V)； 勵(lì)磁電壓角頻率(rad/s)； k比例常數(shù)，其值與繞組間 最大互感系數(shù)有關(guān)； 滑尺相對(duì)定尺在空間的相 位角。 在一個(gè)節(jié)距W內(nèi)，位移x與的關(guān)系應(yīng)為 2x/W 感應(yīng)同步器就是利用感應(yīng)電勢(shì)的變化，來(lái)檢測(cè)在一個(gè)節(jié)距W內(nèi)的

9、位移量，為絕對(duì)式測(cè)量。,滑尺上的正弦、余弦勵(lì)磁繞組提供同頻率、同幅值、相位差90的交流電壓，即 usUmsint ucUmcost us和uc單獨(dú)勵(lì)磁，在定尺繞組上感應(yīng)電勢(shì)分別為 eskUmcoscost eckUmcos( /2)sint kUmsinsint,3. 感應(yīng)同步器輸出信號(hào)的處理方式 常用的有鑒相方式和鑒幅方式,（1）鑒相方式 根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來(lái)檢測(cè)位移量,根據(jù)疊加原理，定尺繞組上總輸出感應(yīng)電勢(shì)e為 eesec kUmcoscostkUmsinsint kUmcos(t) kUmcos(t 2x/W) 根據(jù)上式，通過(guò)鑒別定尺輸出的感應(yīng)電勢(shì)的相位，即可測(cè)量定尺和滑尺之間的相對(duì)

10、位置。 感應(yīng)同步器的鑒相方式用在相位比較伺服系統(tǒng)中。 例：感應(yīng)電勢(shì)與勵(lì)磁電壓相位差=1.8，節(jié)距W=2mm， 由= 2x/W=0.01mm,滑尺的正弦、余弦繞組勵(lì)磁電壓為同頻率、同相位，但不同幅值，即 usUmsindsint ucUmcosdsint 式中 d勵(lì)磁電壓的給定相位角 分別勵(lì)磁時(shí)，在定尺繞組上產(chǎn)生的輸出感應(yīng)電勢(shì)分別為 eskUmsindcoscost eckUmcosdcos(/2)cost kUm cosd sincost,（2）鑒幅方式 根據(jù)定尺輸出的感應(yīng)電勢(shì)的振幅變化來(lái)檢測(cè)位移量。,根據(jù)疊加原理，定尺上輸出總感應(yīng)電勢(shì)為 ees ec k Um (sind coscosd s

11、in) cost k Um sin(d ) cost k Um sin(d 2x /W) cost 設(shè)初始狀態(tài)d，則e0。當(dāng)滑尺相對(duì)定尺有一位移，使變?yōu)?，則感應(yīng)電勢(shì)增量為 ek Um x cost 式中= 2 x / W 由此可知，在x較小的情況下，e與x成正比，也就是鑒別e幅值，即可測(cè)x大小。當(dāng)x較大時(shí)，通過(guò)改變d，使d,使e0，根據(jù)d可以確定，從而確定位移量x。,4.感應(yīng)同步器的特點(diǎn),精度高 輸出的電壓是許多對(duì)極感應(yīng)電壓的平均值 適用性強(qiáng) 電磁感應(yīng)，不怕油污和灰塵，不易受干擾 可用于長(zhǎng)距離測(cè)量 可多根定尺接長(zhǎng) 使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單 工藝性好，成本低 應(yīng)用廣泛,三、光柵,光柵屬于光學(xué)元件，是

12、一種高精度的位移傳感器。 1. 光柵的種類,主要介紹一下直線計(jì)量透射光柵。,光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu),透射光柵,反射光柵,光柵檢測(cè)裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖,2. 直線透射光柵 （1）組成,（2） 直線透射光柵的工作原理 由于擋光效應(yīng)和光的衍射，在與線紋幾乎垂直方向上，會(huì)出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗大條紋，稱為“莫爾條紋” 。,莫爾條紋的特點(diǎn) 放大作用,莫爾條紋紋距B 與光柵節(jié)距w和傾角之間的關(guān)系：,光柵橫向移動(dòng)一個(gè)節(jié)距w ，莫爾條紋正好沿刻線上下移動(dòng)一個(gè)節(jié)距B，用光電元件檢測(cè)莫爾條紋信號(hào)的變化就可以測(cè)量光柵的位移。 例：當(dāng) w = 0.01mm， = 0.01 red， 則 B = 1mm，將柵距放大100

13、倍的莫爾條紋寬度。,光柵尺橫向莫爾條紋及其參數(shù),均化誤差作用 莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，柵距之間的相鄰誤差被均化。短光柵的工作長(zhǎng)度愈長(zhǎng),這一均化誤差的作用愈顯著。 根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)與柵距移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,莫爾條紋的特點(diǎn)（續(xù)）：,（3） 辨向 為了辨別運(yùn)動(dòng)方向，需配置兩個(gè)彼此錯(cuò)開(kāi)1/4紋距的光電元件，使輸出電信號(hào)彼此在相位上差90，若以其中的一個(gè)作為參考信號(hào)，則另一個(gè)信號(hào)將超前或滯后參考信號(hào)90，由此來(lái)確定運(yùn)動(dòng)方向。 （4） 倍頻 倍頻又稱為細(xì)分，倍頻數(shù)就是指在莫爾條紋一個(gè)周期的范圍內(nèi)，等距離安裝的感光元件的數(shù)目，從而在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生若干個(gè)脈沖，達(dá)到細(xì)分的目的。 提高倍頻數(shù)可以提高光

14、柵的最小讀數(shù)值，提高分辨率，精密機(jī)床的測(cè)量常采用高倍頻。 例：柵距 w = 0.01mm， 十倍頻后，最小讀數(shù)值1mm.,四倍頻電路,（5）特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1）精度高 測(cè)直線：精度 0.5-3mm，分辨率 0.1mm 2）易實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量和自動(dòng)化測(cè)量 3）較強(qiáng)的抗干擾能力 缺點(diǎn)： 1）對(duì)環(huán)境要求高，怕振動(dòng)，怕油污 2）高精度光柵制作成本高 目前多用于精密定位的數(shù)控機(jī)床，數(shù)顯機(jī)床中也應(yīng)用較多。,四、編碼器 一種旋轉(zhuǎn)式的檢測(cè)角位移的傳感器。 將角位移用數(shù)字(脈沖)形式表示，故 又稱脈沖編碼器。廣泛應(yīng)用于NC機(jī)床的 位置檢測(cè)，也常用它作為速度檢測(cè)元件。 1、編碼器分類 按碼盤信號(hào)的讀取方式可分為：光電式

15、、接觸式和電磁式 以光電式的精度和可靠性最好，NC機(jī)床常用光電式編碼器 按測(cè)量坐標(biāo)系又可分為：增量式和絕對(duì)式 按每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)分為：高分辨率 20000-30000p/r 普通分辨率 2000-3000p/r,2. 增量式光電脈沖編碼器 （1）組成 由光源、聚光鏡、光電盤、光欄板、光敏元件(光電管)、整形放大電路和數(shù)字顯示裝置等組成。,光電編碼器在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的安裝,（2） 工作原理 光電盤按裝在被測(cè)軸上，隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。光電盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電元件把通過(guò)光電盤和光欄板射過(guò)來(lái)的忽明忽暗的光信號(hào)(近似于正弦信號(hào))轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)整形、放大等電路的變換后變成脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算脈沖的數(shù)目，即可測(cè)出工作軸

16、的轉(zhuǎn)角，并通過(guò)數(shù)顯裝置進(jìn)行顯示。通過(guò)測(cè)定計(jì)數(shù)脈沖的頻率，即可測(cè)出工作軸的轉(zhuǎn)速。,（3）脈沖編碼器的辨向 光欄板上兩條狹縫中的信號(hào)A和B(相位差90)，通過(guò)整形，成為兩相方波信號(hào)。根據(jù)先后順序，即可判斷光電盤的正反轉(zhuǎn)。若A相超前于B相，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；若B相超前A相，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。若以該方波的前沿或后沿產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，可以形成代表正向位移和反向位移的脈沖序列。,（4）提高光電脈沖編碼器分辨率的方法 提高光電盤圓周的等分狹縫的密度，實(shí)際上是使光電盤的 狹縫變成了圓光柵線紋。 增加光電盤的發(fā)信碼道，使盤上不僅只有一圈透光狹縫， 而且有若干大小不等的同心圓環(huán)狹縫(稱為碼道)，光電盤 回轉(zhuǎn)一周發(fā)出的脈沖

17、信號(hào)數(shù)增多，使分辨率提高。,3. 絕對(duì)式光電脈沖編碼器,（1）結(jié)構(gòu) 絕對(duì)式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)與增量式相似，就是在碼盤的每一轉(zhuǎn)角位置刻有表示該位置的唯一代碼，稱為絕對(duì)碼盤。絕對(duì)式脈沖編碼器是通過(guò)讀取編碼盤上的代碼(圖案)來(lái)表示軸的位置。,碼盤的種類 按碼制不同分二進(jìn)制碼、格雷碼（循環(huán)碼）、十進(jìn)制碼、六十進(jìn)制碼等，最常用的是二進(jìn)制循環(huán)碼盤。,純二進(jìn)制碼有一個(gè)缺點(diǎn)：相鄰兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)可能有多位二進(jìn)制碼不同，當(dāng)數(shù)碼切換時(shí)有多個(gè)數(shù)位要進(jìn)行切換，增大了誤讀的機(jī)率。 而格雷碼則不同，相鄰兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼只有一個(gè)數(shù)位不同，因此兩數(shù)切換時(shí)只在一位進(jìn)行，提高了讀數(shù)的可靠性。,（3）工作原理 光源經(jīng)過(guò)柱面鏡，變成一束平行光

18、照射在碼盤上，通過(guò)碼盤經(jīng)狹縫形成一束很窄的光束照射在光電元件上，光電元件的排列與碼道一一對(duì)應(yīng)，亮區(qū)輸出為“1”，暗區(qū)輸出為“0”，再經(jīng)信息處理電路，進(jìn)行放大、整形、鎖存與譯碼，輸出自然二進(jìn)制代碼，從而實(shí)現(xiàn)了角度的絕對(duì)值測(cè)量。,（4）應(yīng)用 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，用絕對(duì)脈沖編碼器來(lái)檢測(cè)軸的位置和速度時(shí)，當(dāng)編碼器旋轉(zhuǎn)超過(guò)一周時(shí)，讀出準(zhǔn)確數(shù)值的解決方法： 在旋轉(zhuǎn)軸上安裝多個(gè)碼盤，其中一些盤是專門用來(lái)計(jì)量所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)N，而另一部分碼盤是用來(lái)檢測(cè)一圈以內(nèi)的度數(shù)。之后將兩個(gè)碼盤所檢測(cè)的進(jìn)行(N360)的疊加。 在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置一個(gè)專門的計(jì)數(shù)器，并規(guī)定碼盤上的一個(gè)專門的代碼為“零”代碼，當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)過(guò)“零”代碼時(shí)，

19、計(jì)數(shù)器的值就被自動(dòng)加一，這樣也可以實(shí)現(xiàn)即測(cè)圈數(shù)又測(cè)度數(shù)的目的。,開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng), 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件； 沒(méi)有位置反饋回路和速度反饋回路； 設(shè)備投資低，調(diào)試維修方便，但精度差，高速扭矩??； 用于中、低檔數(shù)控機(jī)床及普通機(jī)床改造。,閉環(huán)伺服系統(tǒng),閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上； 檢測(cè)裝置構(gòu)成閉環(huán)位置控制。 閉環(huán)方式被大量用在精度要求較高的大型數(shù)控機(jī)床上。,半閉環(huán)伺服系統(tǒng),位置檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)軸上或絲杠上，用以精確控制電機(jī)的角度，為間接測(cè)量； 坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動(dòng)誤差沒(méi)有得到系統(tǒng)的補(bǔ)償； 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。 適用于精度要求適

20、中的中小型數(shù)控機(jī)床。,數(shù)控技術(shù),第五章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng), 5-1 概述 5-2 檢測(cè)裝置 5-3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 5-4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 5-5 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 5-6 主軸驅(qū)動(dòng) 5-7 位置控制,伺服系統(tǒng)（Servo System),CNC系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)電機(jī),檢測(cè)裝置,控制信號(hào),反饋信號(hào),光柵尺,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),第三節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于開(kāi)環(huán)位置控制系統(tǒng)。它由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成，沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)。 這種系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，控制較容易，維修也較方便，而且為全數(shù)字化控制。,由于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)精度不高，且步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率和速度不高，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系

21、統(tǒng)僅用于小容量、加工速度低、脈沖當(dāng)量和精度不太高的場(chǎng)合，如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和電加工機(jī)床、計(jì)算機(jī)的打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備。,一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類 (1) 按運(yùn)動(dòng)方式分：旋轉(zhuǎn)式、直線運(yùn)動(dòng)式、平面運(yùn)動(dòng)式和滾 切運(yùn)動(dòng)式。 (2) 按工作原理分：反應(yīng)式(磁阻式)、電磁式、永磁式、永磁 感應(yīng)子式(混合式)。 (3) 按結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)味问?徑向式)、多段式(軸向式)，印刷繞組式 (4) 按相數(shù)分：三相、四相、五相、六相和八相等。 (5) 按使用頻率分：高頻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和低頻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。,2. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制原理 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電動(dòng)機(jī)。 位移量的控制 向

22、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)送一個(gè)控制脈沖，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度或移動(dòng)一個(gè)直線位移，稱為一步；脈沖數(shù)增加，角位移(或線位移)隨之增加，即脈沖數(shù)決定位移量。 進(jìn)給速度的控制 脈沖頻率高，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就高，反之則低，即脈沖頻率決定進(jìn)給速度。 運(yùn)動(dòng)方向的控制 改變分配脈沖的相序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向。,與一般交流和直流電動(dòng)機(jī)所不同的是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組所加的電源形式為脈沖電壓，而不是正弦電壓或者恒定直流電壓。,3. 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),極與極之間的夾角為60，每個(gè)定子磁極上均勻分布了五個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為9。轉(zhuǎn)子鐵心上無(wú)繞組，只有均勻分布的40個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為360/4

23、09。,（1）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),單段式三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)： 定子鐵心上有六個(gè)均勻分布的磁極，沿直徑相對(duì)兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)，構(gòu)成一相勵(lì)磁繞組。,（2）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 按電磁吸引的原理工作的。必須抓住兩點(diǎn)： 磁力線力圖走磁阻最小的路徑，從而產(chǎn)生反應(yīng)力矩 各相定子齒之間彼此錯(cuò)齒1/m齒距，m為相數(shù) 幾個(gè)概念的含義： “拍”定子相繞組每改變一次 通電狀態(tài)，稱為“一拍”。 “單”指只有一相繞組通電。 “雙”指有兩相繞組同時(shí)通電。,步進(jìn)電機(jī)工作原理,“單三拍”供電方式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理： 第一拍：A相勵(lì)磁繞組通電，B、C相勵(lì)磁繞組斷電。A相定子磁極的電磁力要使相鄰轉(zhuǎn)子齒與其對(duì)

24、齊(使磁阻最小)，B相和C相定、轉(zhuǎn)子錯(cuò)齒分別為1/3齒距(3)和2/3齒距(6)。 第二拍：B相繞組通電，A、C相繞組斷電。電磁反應(yīng)力矩使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)3，與B相的定子齒對(duì)齊，此時(shí)A、C相的定、轉(zhuǎn)子齒互相錯(cuò)開(kāi)。 第三拍：C相繞組通電，A、B相繞組斷電。電磁反應(yīng)力距又使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)了3，與C相定子齒對(duì)齊，同時(shí)A相、B相定、轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi) 重復(fù)通電順序，A B C A ,單三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn) 若定子繞組通電順序?yàn)锳 C B A ，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)，其步距角仍為3。,單三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 重復(fù)單三拍的通電順序，A B C A ，步進(jìn)電機(jī)就順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)，對(duì)應(yīng)每個(gè)指令脈

25、沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一固定角度3(步距角) 。,單三拍通電控制方式的缺點(diǎn) 由于每拍只有一相繞組通電，在切換瞬間可能失去自鎖力矩，容易失步。而且，只有一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，易在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩。因此，單三拍通電控制方式，工作穩(wěn)定性差，一般較少采用。,若定子繞組的通電順序?yàn)?AB BC CA AB ， 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。,雙三拍工作方式 采用雙三拍通電控制方式，能克服單三拍工作的缺點(diǎn)。 若定子繞組的通電順序?yàn)?AB BC CA AB ，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，從一個(gè)磁場(chǎng)最強(qiáng)處走到了另一個(gè)磁場(chǎng)最強(qiáng)處，故其步距角仍為3。,若通電順序?yàn)椋篈 AC C BC B AB A 則步進(jìn)

26、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，步距角仍為1.5。 三相六拍控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半；在切換時(shí)，保持一相繞組通電，工作穩(wěn)定，比雙三拍增大了穩(wěn)定區(qū)。所以三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常采用這種控制方式。,三相六拍工作方式 通電順序：A AB B BC C CA A ,每切換一次，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)1.5，步距角減小一半。原因是：當(dāng)由A相切換到AB相通電時(shí)，A相定子磁極力圖不讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，而保持與其定子齒對(duì)齊，而B相定子磁極的電磁反應(yīng)力矩也力圖使其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)3，與B相定子齒對(duì)齊，此時(shí)，轉(zhuǎn)子齒與A相、B相定子齒均未對(duì)齊，此位置是A相、B相定子合成磁場(chǎng)的最強(qiáng)方向，即轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)1.5。,4.

27、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 工作原理：轉(zhuǎn)子或定子的一方具有永久磁鋼，另一方有軟磁材料制成，由繞組輪流通電產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永久磁鋼相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 特點(diǎn)：步距角大，內(nèi)阻較大，效率高 斷電后有一定的定位轉(zhuǎn)矩。 5. 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) （永磁感應(yīng)子式） 定子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式基本相同，轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼及兩段鐵心組成。兼有以上兩種的主要優(yōu)點(diǎn)，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的新產(chǎn)品。,二、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)及選擇 1.步距角 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每步的轉(zhuǎn)角稱為步距角，計(jì)算公式： 式中 m步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù) Z轉(zhuǎn)子齒數(shù) K控制方式系數(shù)， K=拍數(shù)p/相數(shù)m 廠家對(duì)于每種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)給出兩種步距角，彼此相差一倍。大步距角系指控制供電拍數(shù)與

28、相數(shù)相等時(shí)的步距角；小步距角系指供電拍數(shù)是相數(shù)兩倍時(shí)的步距角。,步距角的選擇： 根據(jù)總體方案要求，綜合考慮，通過(guò)下式進(jìn)行： 式中 脈沖當(dāng)量 S絲杠螺距(mm) 步距角 電動(dòng)機(jī)與絲杠間的齒輪傳動(dòng)減速比, (mm/脈沖),如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角和絲杠螺距S(基本導(dǎo)程)不能滿足脈沖當(dāng)量的要求時(shí)，應(yīng)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠之間加入齒輪傳動(dòng)，用減速比來(lái)滿足的要求。,2. 最大靜轉(zhuǎn)距 Tjmax (Nm) 靜態(tài)：當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不改變通電狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子處在不動(dòng)狀態(tài)。 靜態(tài)轉(zhuǎn)距：如果在電動(dòng)機(jī)軸上外加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)距，使轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度e，這時(shí)轉(zhuǎn)子受的電磁轉(zhuǎn)距T。 矩角特性：描述靜態(tài)時(shí)電磁轉(zhuǎn)距T與e之間的關(guān)系曲線。 在靜態(tài)

29、穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，當(dāng)外加轉(zhuǎn)距去除時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)距作用下，仍能回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)位置(e0)。,最大靜轉(zhuǎn)距 Tjmax 的選擇 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 F 切削力（N） w工作臺(tái)及工件重量（kg） m摩擦系數(shù) h效率 i 減速比 TF 應(yīng)滿足 TF =（0.20.4） Tjmax,起動(dòng)頻率fq 的選擇 先計(jì)算電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 式中 J1、J2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Nms2)；J3絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 d 沖當(dāng)量(mm脈沖)。 然后進(jìn)行負(fù)載啟動(dòng)頻率fqF 的估算； 式中 fq空載啟動(dòng)頻率(Hz)，T由矩頻特性決定的力矩(Nm) J電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Nms2)。 依照機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率fqF ，可選擇fq,3. 空載起動(dòng)頻

30、率fq （步/s） 空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止突然起動(dòng)，進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率。是衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)快速性能的重要技術(shù)數(shù)據(jù)。 起動(dòng)頻率要比連續(xù)運(yùn)行頻率低得多，這是因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，既要克服負(fù)載力矩，又要克服運(yùn)轉(zhuǎn)部分的慣性矩，電動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)比連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)重。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的起動(dòng)頻率比空載的起動(dòng)頻率要低。,4. 起動(dòng)矩頻特性 描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率與負(fù)載力矩的關(guān)系曲線。 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶著一定的負(fù)載轉(zhuǎn)距起動(dòng)時(shí)，作用在電動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，加速轉(zhuǎn)矩就越小，電動(dòng)機(jī)就不易轉(zhuǎn)起來(lái)。因此，其起動(dòng)頻率隨著負(fù)載的增加而下降。,5. 空載運(yùn)行頻率fmax （步/s） 步進(jìn)電動(dòng)

31、機(jī)在空載起動(dòng)后，能不丟步連續(xù)運(yùn)行的最高脈沖重復(fù)頻率稱做空載運(yùn)行頻率fmax。它也是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的重要性能指標(biāo)，對(duì)于提高生產(chǎn)率和系統(tǒng)的快速性具有重要意義。 fmax 應(yīng)能滿足機(jī)床工作臺(tái)最高運(yùn)行速度。,6. 運(yùn)行矩頻特性 運(yùn)行矩頻特性Tf(F)是描述步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩T與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。它是衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。,三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源 1. 作用 發(fā)出一定功率的電脈沖信號(hào)，使定子勵(lì) 磁繞組順序通電。 2. 基本要求 （1）電源的基本參數(shù)與電動(dòng)機(jī)相適應(yīng)； （2）滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率 的要求； （3）抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠； （4）成本低，效

32、率高，安裝維修方便。,3. 組成 由環(huán)形分配器和功率放大器組成。 （1） 環(huán)形分配器 主要功能是將CNC裝置的插補(bǔ)脈沖，按 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各相輸入端，以控制勵(lì)磁繞組的導(dǎo)通或關(guān)斷。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)有正反轉(zhuǎn)要求，所以環(huán)形分配器的輸出是周期性的，又是可逆的。 硬件環(huán)形分配器 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和控制方式設(shè)計(jì)的真值表或邏輯關(guān)系式，采用邏輯門電路和觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般由與非門和JK觸發(fā)器組成。常用的是專用集成芯片或通用可編程邏輯器件組成的環(huán)形分配器。 軟件環(huán)形分配器 按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求編制不同的軟環(huán)分程序，存入EPROM中。常用的是查表法,例：專用集成芯片CH250,軟件環(huán)

33、形分配器舉例 對(duì)于三相六拍環(huán)形分配器，每當(dāng)接收到一個(gè)進(jìn)給脈沖指令，環(huán)形分配器軟件根據(jù)下表所示真值表，按順序及 方向控制輸出接口將A、B、C的值輸出即可。如果上一個(gè)進(jìn)給脈沖到來(lái)時(shí)，控制輸出 接口輸出的A、B、C的值是 100，則對(duì)于下一個(gè)正向進(jìn) 給脈沖指令，控制輸出接口 輸出的值是110，再下一個(gè) 正向進(jìn)給脈沖，應(yīng)是010，而 使步進(jìn)電機(jī)正向地旋轉(zhuǎn)起來(lái)。 實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，靈活方便。,三相六拍環(huán)形分配器真值表,兩坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng) x向和Z向步進(jìn)電機(jī)的三相定子繞組分別為A、B、C相和abc相，分別經(jīng)各自的放大器、光電耦合器與計(jì)算機(jī)的PIO(并行輸入輸出接口)的PA0一PA5相連。,（2）功率驅(qū)

34、動(dòng)器（功率放大電路） 將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號(hào)放大，以用足夠的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 最早的功率驅(qū)動(dòng)器采用單電壓驅(qū)動(dòng)電路，后來(lái)出現(xiàn)了雙電壓(高電壓)驅(qū)動(dòng)電路、斬波電路、調(diào)頻調(diào)壓和細(xì)分電路等。,并串接一電阻Rc，為了減小回路的時(shí)間常數(shù)，電阻Rc并聯(lián)一電容C，從而提高電機(jī)的快速響應(yīng)能力和啟動(dòng)性能。續(xù)流二極管VD和阻容吸收回路RC，是功率管VT的保護(hù)線路。 單電壓驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電流上升不夠快，高頻時(shí)帶負(fù)載能力低。,單電壓驅(qū)動(dòng)電路 圖中L為步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組的電感，Ra為繞組電阻，,高低壓驅(qū)動(dòng)電路 其特點(diǎn)是供給步進(jìn)電機(jī)繞組有兩種電壓：一種是高電壓U1，由電機(jī)參數(shù)和晶體管特性決定，一般

35、在80v至更高范圍，另一種是低電壓U2，即步進(jìn)電機(jī)繞組額定電壓，一般為幾伏，不超過(guò)20v。,高壓U1 ，以提高繞組中電流上升率，當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)、VT1關(guān)斷、VT2仍然導(dǎo)通，則自動(dòng)切換到低壓U2。 該電路的優(yōu)點(diǎn)是在較寬的頻率范圍有較大的平均電流，能產(chǎn)生較大且穩(wěn)定的平均轉(zhuǎn)矩，其缺點(diǎn)是電流波頂有凹陷，電路較復(fù)雜。,斬波驅(qū)動(dòng)電路 可以克服高低壓驅(qū)動(dòng)電路的波頂?shù)陌枷菰斐筛哳l輸出轉(zhuǎn)矩的下降，使勵(lì)磁繞組中的電流維持在額定值附近。 工作原理：環(huán)形分配器輸出的正脈沖將VT1、VT2導(dǎo)通，由于U1電壓較高，繞組回路又沒(méi)串電阻，所以繞組電流迅速上升，當(dāng)繞組電流上升到額定值以上的某一數(shù)值時(shí)，由于采樣電阻Re的反饋

36、作用，經(jīng)整形、放大后送至VT1的基極，使VT1管截止。接著繞組由U2低壓供電，繞組中的電流立即下降，但剛降到額定 值以下時(shí)，由于采樣電阻Re,的反饋?zhàn)饔?，使整形電路無(wú)信號(hào)輸出，此時(shí)高壓前置放大電路又使VT1導(dǎo)通，電流又上升。如此反復(fù)進(jìn)行，形成一個(gè)在額定電流值上下波動(dòng)呈鋸齒狀的繞組電流波形，近似恒流。,三種驅(qū)動(dòng)電路的電流波形比較,第六章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),第一節(jié) 概述 第二節(jié) 檢測(cè)裝置 第三節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 第四節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 第五節(jié) 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 第六節(jié) 主軸驅(qū)動(dòng) 第七節(jié) 位置控制,伺服系統(tǒng)（Servo System),CNC系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)電機(jī),檢測(cè)裝置,控制信

37、號(hào),反饋信號(hào),光柵尺,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),第四節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制,一、直流伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)是指能夠精密地控制其位置的一種電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)是伺服電動(dòng)機(jī)的一種。,1. 直流伺服電動(dòng)機(jī)分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 永磁直流伺服電動(dòng)機(jī),無(wú)槽轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī),空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī),印刷繞組直流伺服電動(dòng)機(jī),后三種直流伺服電動(dòng)機(jī)為小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)。,直流伺服電動(dòng)機(jī)的組成 電動(dòng)機(jī)本體 主要由機(jī)殼、 定子磁極和轉(zhuǎn)子組成。 檢測(cè)部件 有高精度的測(cè)速 發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器以及 脈沖編碼器等。,特點(diǎn) 小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī) 慣量小，響應(yīng)速度快， 但過(guò)載能力低。 永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，慣量大，穩(wěn)定性 好，

38、調(diào)速范圍寬。 但有電刷，限制速度的提高（10001500r/min）。,2. 直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與調(diào)速方法,（1）工作原理 與一般直流電動(dòng)機(jī)的工作原理相同，是建立在電磁力和電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的。 如圖（a）所示，直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過(guò)線圈abcd，從電刷 B 流出，載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷 B 流出。此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。,外加的電源是直流的，但由于電

39、刷和換向片的作用，在線圈中流過(guò)的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。,（2）直流伺服電機(jī)的速度控制原理,他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子回路的電勢(shì)平衡方程： EaURa Ia 式中 Ra轉(zhuǎn)子回路電阻() Ia轉(zhuǎn)子回路電流(A),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea可由下式求得 EaCen 式中 Ce電機(jī)械常數(shù) 勵(lì)磁磁通(Wb) n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min),由上兩式可得,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te(Nm)為 TeCTIa 式中 CT轉(zhuǎn)矩系數(shù)，是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。 所以可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,式中 n0理想空載轉(zhuǎn)速 n轉(zhuǎn)速降落 根據(jù)上式可知，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法，即改變外加電壓、改變勵(lì)磁磁通及改變轉(zhuǎn)子回路電阻調(diào)速。,根據(jù)上式：勵(lì)

40、磁磁通不可變，只有二種調(diào)速方法，而改變轉(zhuǎn)子回路電阻一般不能滿足要求，通常采用改變轉(zhuǎn)子回路外加電壓的調(diào)速方法。 這種調(diào)速方法是從額定電壓往下降低轉(zhuǎn)子電壓，即從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速。該種調(diào)速方法屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，機(jī)械特性是一組斜率不變的平行直線，特性比較硬，且調(diào)速范圍寬。另外，這種調(diào)速方法是用減小輸入功率來(lái)減小輸出功率的，所以具有比較好的經(jīng)濟(jì)性。,永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法,3. 永磁直流伺服電機(jī)的工作特性 對(duì)于永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)，由于其伺服系統(tǒng)的要求，已經(jīng)不能簡(jiǎn)單地用電壓、電流、轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)描述其性能，而需要用一些特性曲線對(duì)其性能做全面描述。,轉(zhuǎn)矩速度特性曲線 從圖中可以得出，伺服電動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域被溫度

41、極限線、轉(zhuǎn)速極限線、換向極限線、轉(zhuǎn)矩極限線以及瞬時(shí)換向極限線劃分成三個(gè)區(qū)域。,區(qū)域?yàn)檫B續(xù)工作區(qū)。在該區(qū)域中，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的任意組合都可長(zhǎng)期連續(xù)工作。,區(qū)域?yàn)閿嗬m(xù)工作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，電動(dòng)機(jī)只能根據(jù)負(fù)載周期曲線所決定的允許工作時(shí)間 tR 和斷電時(shí)間 tF 作間歇工作。,區(qū)域?yàn)榧铀俸蜏p速區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，電動(dòng)機(jī)只能用于加速或減速，工作一段極短的時(shí)間。,負(fù)載周期曲線 表示在滿足機(jī)械所需轉(zhuǎn)矩而又確保電動(dòng)機(jī)不過(guò)熱，允許電動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間.,圖中各條曲線為不同的過(guò)載倍數(shù)曲線. 橫坐標(biāo)為工作時(shí)間tR (min)，縱坐標(biāo)為加載周期比。 dtR(tR十tF) () 過(guò)載倍數(shù): tmd負(fù)載轉(zhuǎn)矩連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩.,二、直流伺

42、服電動(dòng)機(jī)的速度控制,1. 晶閘管調(diào)速系統(tǒng) 利用晶閘管的單向?qū)щ娍煽匦?，輸出可控制的電壓；利用可控硅整流器提供直流電源；通過(guò)改變晶閘管觸發(fā)角，改變外加電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。,常采用兩種速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 晶閘管調(diào)速系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。,單相可控硅整流器改變觸發(fā)角時(shí)的電樞電壓和電流波形,例 典型的雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工作原理 速度反饋的閉環(huán)系統(tǒng) 由速度調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度 誤差進(jìn)行調(diào)節(jié) 電流反饋環(huán)節(jié) 由電流調(diào)節(jié)器對(duì)電樞回路引起的滯后 進(jìn)行補(bǔ)償，抑制主回路電流的變化,2. PWM脈寬調(diào)制原理與系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)(PWM)的調(diào)速性能優(yōu)于晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能；而且，功率晶體管的功率、耐壓

43、等都已有很大提高，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)中多采用晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。,原理： 利用脈寬調(diào)制器，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某一頻率的矩形波電壓，加到直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路兩端，通過(guò)對(duì)矩形波脈沖寬度的控制，改變轉(zhuǎn)子回路兩端的平均電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 調(diào)速系統(tǒng)的組成：由控制電路、主回路及功率整流電路三部分組成。其中控制電路由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和脈寬調(diào)制器（包括固定頻率振蕩器、調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、脈寬調(diào)制及基極驅(qū)動(dòng)電路）組成。系統(tǒng)的核心部分是主回路和脈寬調(diào)制器。,速度調(diào)節(jié)器,電流調(diào)節(jié)器,脈寬調(diào)制,基極驅(qū)動(dòng),主 回 路,整流,u-,+,+,振蕩器,電流反饋,-,Usr,TG,Usf,PW

44、M 直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖,+,+,-,+,M,TG,Usf,（1）主回路 即脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)功率放大器。 開(kāi)關(guān)功率放大器通常有兩種形式，即T形和H形。在PWM直流調(diào)速系統(tǒng)中，多采用H形開(kāi)關(guān)功率放大器作為主回路。 H形開(kāi)關(guān)功率放大器 由四個(gè)大功率開(kāi)關(guān)管和四個(gè)續(xù)流二極管構(gòu)成橋式電路。 有單極性和雙極性兩種工作方式。,單極性H形開(kāi)關(guān)電路,單極性開(kāi)關(guān)電路，將兩個(gè)相位相反的脈沖信號(hào)分別加在VT1、VT2管的基極，VT3管的基極加截止控制電壓，VT4管的基極加飽和導(dǎo)通電壓。,在0tt1區(qū)間，VT1管飽和導(dǎo)通，VT2管截止，由于VT4管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)兩端A、B間電壓為Ed。 在t1tT區(qū)間，VT1

45、管截止， VT2管飽和導(dǎo)通，由于VT3管始終 處于截止?fàn)顟B(tài)，電動(dòng)機(jī)兩端A、B 間電壓為0。轉(zhuǎn)子繞組電感能量 沿VT4、VD2通道釋放，維持轉(zhuǎn)子 繞組電流繼續(xù)流通。 要使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，只要將VT3 管基極加飽和導(dǎo)通電壓，VT4管 加截止電壓即可。,雙極性H形開(kāi)關(guān)電路 給VT3、VT4管基極也加脈沖控制電壓，并且保證ub1ub4，ub2ub3ub1，就變成雙極性工作方式。 在0tt1區(qū)間，VT1、VT4管飽和導(dǎo)通，電源電壓Ed加在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的A、B端、即uABEd。,在t1tT區(qū)間，VT2、VT3管飽和導(dǎo)通，電源電壓Ed加在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的B、A端，即uABEd。 當(dāng)t1T/2時(shí)，加在A、B兩端

46、的平 均電壓大于零，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。 當(dāng)t1T/2時(shí)，加在A、B兩端的平 均電壓小于零，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 當(dāng)t1T/2時(shí)，加在A、B兩端的平 均電壓等于零，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。,雙極性H形 電路電樞電 壓和電流波 形。,(2) 脈寬調(diào)制器 作用 產(chǎn)生脈沖寬度可由控制信號(hào)調(diào)節(jié)的脈沖電壓?？刂菩盘?hào)為來(lái)自電流調(diào)節(jié)器的電壓信號(hào)，是由CNC裝置插補(bǔ)器輸出的速度指令轉(zhuǎn)化而來(lái)的。 組成 主要由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器和比較放大器組成。,調(diào)制信號(hào)發(fā)生器 調(diào)制信號(hào)發(fā)生器通過(guò)自激振蕩的原理產(chǎn)生三角波或者鋸齒波。作為比較放大器的比較電壓u。 比較放大器 三角波電壓u與速度控制指令電壓uer比較后送入運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器輸出電壓的頻率與基準(zhǔn)

47、三角波電壓的頻率一致，輸出電壓的脈沖寬度取決于速度控制指令電壓uer?？梢?jiàn)運(yùn)算放大器的輸出是一個(gè)脈寬調(diào)制波，經(jīng)放大后與主回路四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的基極相接。,三角波發(fā)生器,比較放大器,u,三角波,指令電壓uer,ub1,ub2,ub3,ub4,三角波發(fā)生器,比較放大器,脈寬調(diào)制波形圖,脈寬調(diào)制電路的工作原理(如下圖所示)： 當(dāng)控制指令電壓uer0時(shí)，比較放大器輸出ub1、ub2、ub3、ub4的正負(fù)半波脈沖寬度相等。前半周期，VT1、VT3管飽和導(dǎo)通，VT2、VT4管截止；后半周期，VT2、VT4管飽和導(dǎo)通，VT1、VT3管截止。顯然，不會(huì)有電流流過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，uAB0。 當(dāng)uer0時(shí)，ub1、

48、ub2為(uuer)產(chǎn)生的輸出，ub3、ub4為(uuer)產(chǎn)生的輸出。 在0tt1時(shí)間區(qū)間，ub1、ub4為正電壓，VT1、VT4 管飽和導(dǎo)通，電流由電源的Ed經(jīng)VT1管、轉(zhuǎn)子繞組、VT4管到地。 在t1tt2時(shí)間區(qū)間，ub2、ub4為負(fù)電壓，電流被切斷。此時(shí)，ub1為正電壓，VT1管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。轉(zhuǎn)子繞組電感能量經(jīng)VD3、VT1管釋放，維持轉(zhuǎn)子繞組電流。,在t2tt3時(shí)間區(qū)間，與0tt1時(shí)間區(qū)間的情況相同。 在t3tT時(shí)間區(qū)間，ub1、ub3為負(fù)電壓,VT1、VT3管截止，電流被切斷。此時(shí)，ub4為正電壓，VT4管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，轉(zhuǎn)子繞組電感能量經(jīng)VT4、VD2管釋放，維持轉(zhuǎn)子繞組電

49、流。 顯然，主回路工作在單極性工作方式下。uer增大，uAB的脈沖寬度變寬，加在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上電壓的平均值增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速就上升。反之亦然。 當(dāng)uer0時(shí)，uAB的極性改變，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 以上就是晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速(PWM)的整個(gè)過(guò)程。,脈寬調(diào)制波形圖,FANUC PWM直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)框圖 CNC與驅(qū)動(dòng)裝置的信號(hào)傳遞。 PWM主電路由V1V4功率開(kāi)關(guān)晶體管組成H型驅(qū)動(dòng)電路。 其中，電阻CDR用于檢測(cè)電樞電流，作為電流反饋，其壓降由CD1和CD2端輸出；熱繼電器MOL串聯(lián)于電樞電路，用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)；能耗制動(dòng)電阻DBR并聯(lián)于電樞，當(dāng)主電路電源切斷時(shí)，MCC常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的能耗制

50、動(dòng)。,第六章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),第一節(jié) 概述 第二節(jié) 檢測(cè)裝置 第三節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 第四節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 第五節(jié) 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 第六節(jié) 主軸驅(qū)動(dòng) 第七節(jié) 位置控制,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),CNC系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)電機(jī),檢測(cè)裝置,控制信號(hào),反饋信號(hào),光柵尺,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),第五節(jié) 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制,直流伺服電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但直流伺服電動(dòng)機(jī)的電刷和換向器容易磨損，需要經(jīng)常維護(hù)；由于換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花而使最高轉(zhuǎn)速受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制；直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難，成本高。 自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，以交流伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件的交流伺服系統(tǒng)得到

51、迅速發(fā)展，有逐漸代替直流伺服電機(jī)的趨勢(shì)。,一、交流伺服電動(dòng)機(jī),二、永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),三、永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理,四、同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速,五、直線電機(jī),一、交流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)分類 異步型 同步型 同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)又分為永磁式和勵(lì)磁式。 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中多采用永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)。 2. 永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率較高 調(diào)速方便 由于它的轉(zhuǎn)速與所接電源頻率之間存在一種嚴(yán)格關(guān)系，所以可獲得與頻率成正比的可變速度，并且可以得到非常硬的機(jī)械特性及寬的調(diào)速范圍。 缺點(diǎn) 體積較大，起動(dòng)較困難,二、永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)

52、構(gòu) 組成：定子、轉(zhuǎn)子和檢測(cè)元件。,定子具有齒槽，內(nèi)有三相繞組，形狀與普通交流電動(dòng)機(jī)的定子相同，但其外形多呈多邊形，且無(wú)外殼，利于散熱。 轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵和沖片組成。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是氣隙磁密較高，極數(shù)較多。,三、永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理 定子三相繞組接上交流電源后，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以同步轉(zhuǎn)速ns旋轉(zhuǎn)。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁極互相吸引，并帶著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。使轉(zhuǎn)子也以同步轉(zhuǎn)速ns旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子加上負(fù)載轉(zhuǎn)矩之后，將造成定子磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子磁極軸線不重合，其夾角為。若負(fù)載發(fā)生變化，角也跟著變化，但只要不超過(guò)一定的限度，轉(zhuǎn)子始 終跟著定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以恒定的同步轉(zhuǎn) 速ns旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

53、為 nns60f/p (r/min) 式中 f電源的頻率 p磁極對(duì)數(shù),n,永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)工作特性曲線： 即轉(zhuǎn)矩速度特性曲線,特點(diǎn)：（與永磁直 流伺服電動(dòng)機(jī)相比） 為連續(xù)工作區(qū) 為斷續(xù)工作區(qū) 機(jī)械特性更硬，其直線更接近水平線。 斷續(xù)工作區(qū)的范圍更大。,四、同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 1. 調(diào)速原理分析 根據(jù)永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速公式 nns60f/p (r/min) 可以通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率 f 來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 此法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，能夠較好地滿足數(shù)控機(jī)床的要求。變頻調(diào)速的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)能為電動(dòng)機(jī)提供變頻電源的變頻器。,2. 變頻器 交交變頻器 直接將固定頻率的交流電變換為

54、另一種頻率的交流電。 交直交變頻器 先將電網(wǎng)交流電通過(guò)整流變?yōu)橹绷?，再?jīng)過(guò)電容或電感或電容、電感組合電路濾波后供給逆變器。逆變器輸出的是電壓和頻率可調(diào)的交流電。,目前應(yīng)用比較多的是交直交變頻器，交直交變頻器中的逆變器有多種類型。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中所用電動(dòng)機(jī)的容量都比較小，一般采用PWM逆變器。PWM逆變器的關(guān)鍵技術(shù)是PWM的調(diào)制方法。現(xiàn)已研制出的調(diào)制方法有十余種之多，其中最基本、應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)制方法是SPWM(正弦波脈寬調(diào)制),3. SPWM（正弦波脈寬調(diào)制）,（1）調(diào)制脈沖信號(hào)的形成： 三角波為載波，由三角波發(fā)生器生成 正弦波為調(diào)制波，有電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生，其頻率和幅值可調(diào) 兩波形交點(diǎn)決

55、定逆變器U相VT1、VT4管的通斷時(shí)間，形成控制VT1、VT4管基極的調(diào)制脈沖信號(hào),電路原理圖,（2）變頻器的工作原理 調(diào)制波為正半周，當(dāng)正弦波高于三角波時(shí)，VT1導(dǎo)通、VT4關(guān)斷，使負(fù)載上得到的相電壓為uA=Ed/2；當(dāng)正弦波低于三角波時(shí)，VT1關(guān)斷、VD4續(xù)流二極管釋放能量，負(fù)載上的相電壓為uA=Ed/2；實(shí)現(xiàn)雙極性調(diào)制。 調(diào)制波為負(fù)半周，VT4導(dǎo) 通、VT1關(guān)斷。 逆變器輸出電壓為一組等 幅、等距，但不等寬的脈沖 系列，其脈寬按正弦分布 （等效正弦電壓波）。 通過(guò)改變調(diào)制波的幅值，可 改變逆變器輸出電壓的幅值； 通過(guò)改變調(diào)制波的頻率，可 改變逆變器輸出基波的頻率。,4. SPWM變頻調(diào)速

56、系統(tǒng),五、直線電機(jī),1. 直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 直線電機(jī)是指一種利用電磁作 用原理，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線 運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的驅(qū)動(dòng)裝置，是一種能 實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。直 線電機(jī)是從旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)化而來(lái)的。 (1)直線電機(jī)的結(jié)構(gòu) 可以認(rèn)為直線電機(jī)是將旋轉(zhuǎn)電 機(jī)沿其軸向剖開(kāi)，然后將其定子 和轉(zhuǎn)子展開(kāi)，變成如圖所示的由 定子和動(dòng)子組成的直線電機(jī)。,在數(shù)控機(jī)床上實(shí)際使用的直線電機(jī)如左圖所示。,(2)直線電機(jī)工作原理 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，當(dāng)三相繞組中通入三相對(duì)稱正弦電流后，會(huì)在氣隙中產(chǎn)生按正弦分布的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 與此類似，在直線電機(jī)中通入三相電流后，也會(huì)在氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)，如果不考慮端部效應(yīng)，磁場(chǎng)在直線方向也呈正弦分

57、布，只是這個(gè)磁場(chǎng)是平移而不是旋轉(zhuǎn)的，因此稱為行波磁場(chǎng)。行波磁場(chǎng)與次級(jí)相互作用便產(chǎn)生電磁推力，驅(qū)動(dòng)動(dòng)子沿定子作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。這就是直線電機(jī)運(yùn)行的基本原理。,2. 直線電機(jī)的分類及特點(diǎn) (1) 直線電機(jī)的分類 按工作原理分類與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相對(duì)應(yīng)，直線電機(jī)有：直線直流電機(jī)、直線感應(yīng)電機(jī)、直線同步電機(jī)、直線磁阻電機(jī)、直線壓電電機(jī)等。 按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)不同的使用場(chǎng)合，直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式可分為：平板式、U 形、圓筒式。圖中紅色為動(dòng)子，藍(lán)色為定子。,按性能參數(shù)分類 高推力（高推力、大位移）直線電機(jī)： 主要應(yīng)用在高速、高精數(shù)控機(jī)床、高速加工中心和并聯(lián)機(jī)床等；也可用于其他數(shù)控機(jī)械，如傳輸機(jī)械、冶金機(jī)械、紡織機(jī)械等；及其他高速、高精且需要高推力、大位移的場(chǎng)合，如飛行模擬器、彈射器，加速滑軌等。高響應(yīng)（高頻響、小位移）直線電機(jī)： 主要應(yīng)用在往返頻率高、位移小、推力不高的各類精密機(jī)床，如非圓截面加工機(jī)床、高速磨床、電火花成型加工機(jī)床等；也可用于快速成形、圖像傳遞、光電醫(yī)療、激光加工等設(shè)備或裝置上的三維振鏡掃描動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)；電子制造行業(yè)的裝備：插件機(jī)、線路板檢測(cè)和鉆孔、半導(dǎo)體行業(yè)：芯片加工、切片、連線、離子注入、光刻、芯片檢驗(yàn)等裝備；計(jì)算機(jī)外圍驅(qū)備：X-Y繪圖機(jī)、高速打印機(jī)、掃描儀、數(shù)控坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、軟盤驅(qū)動(dòng)設(shè)備等。,（2）直線電機(jī)的特點(diǎn) 取消了從電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)