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 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象的自動控制系統(tǒng)，是一種位置隨動系統(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1m，數(shù)控裝置的分辨率可以達(dá)0.1m 。,3速度響應(yīng)快

2、 4低速大轉(zhuǎn)矩 伺服驅(qū)動系統(tǒng)在低速進(jìn)給時，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)動和主軸驅(qū)動分類 （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.

3、2 直 流 伺 服 系 統(tǒng),4.2.1 直流伺服電機(jī)分類 1高速直流伺服電動機(jī) 2低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī),4.2.2 永磁直流伺服電動機(jī) 1永磁直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點,圖4.8 永磁式直流寬調(diào)速伺服電動機(jī),2永磁直流伺服電機(jī)的選用 （1）對直流伺服電機(jī)的要求 （2）直流伺服電動機(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，如電刷和換向器易于磨損，需經(jīng)常維護(hù)；換向時換向器會產(chǎn)生火花， 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，

4、 交流電機(jī)的輸出功率可比直流電機(jī)提高1070。此外，交流電機(jī)的容量可比直流電機(jī)做得大。,1交流伺服電機(jī)的分類和特點 （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 永磁式伺服電機(jī)的性能可用轉(zhuǎn)矩速度特性曲線描述。 高可靠性。 主要損耗在定子繞組與鐵心上，故散熱容易，便于安裝時采取熱保護(hù)措施；而直流電機(jī)損耗主要在轉(zhuǎn)子上，散熱困難。 轉(zhuǎn)子慣量小，其結(jié)構(gòu)允

5、許高速工作。 體積小、質(zhì)量輕。,4.3.2 交流永磁電機(jī)調(diào)速系統(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)?？刂?4.4 位 置 檢 測 裝 置,4.4.1 數(shù)控機(jī)床對檢測元件的要求與檢測元件的分類 主要要求是：壽命長，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；滿足精度和速度要求；使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運行環(huán)境；成本低；便于與計算機(jī)聯(lián)接。,常用位置檢測元件主要有 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。 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 光電絕對值編碼器,4.4.4 光柵 （1）直線光柵（即長光柵） 玻璃透射光柵。 金屬反射光柵。 （2）圓光柵 （3）計量光柵的精度,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,