《數(shù)控加工技術》課件-項目六 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

任務一概述項目六數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)任務二開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)任務四閉環(huán)伺服系統(tǒng)任務三數(shù)控機床的檢測裝置任務一概述1.調(diào)速范圍要寬2.精度要高3.響應要快4.低速大轉(zhuǎn)矩5.穩(wěn)定性要好，可靠性要高。ìí?進給驅(qū)動系統(tǒng)用途和功能主軸驅(qū)動系統(tǒng)ì?ìíí???電液伺服系統(tǒng)動作原理直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)電氣驅(qū)動系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)ì?í??開環(huán)系統(tǒng)控制原理半閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)二．伺服驅(qū)動系統(tǒng)的分類一．數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求電機機械執(zhí)行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大a.開環(huán)伺服系統(tǒng)b.閉環(huán)(半閉環(huán))伺服系統(tǒng)位置控制調(diào)節(jié)器++實際位置反饋速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制元件--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際速度反饋任務三數(shù)控機床的檢測裝置任務一概述2.進給驅(qū)動與主軸驅(qū)動3.直流伺服驅(qū)動與交流伺服驅(qū)動++位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋C、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)任務二開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)1.步進電機的結構和工作原理2.步進電機的主要特性1).步距角和靜態(tài)步距誤差步距角指步進電機定子繞組通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。步距角計算式為：0360mzka=m—定子相數(shù)；z—轉(zhuǎn)子齒數(shù)；k—拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)一．步進電機任務二開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)2).啟動頻率啟動頻率指空載時，步進電機由靜止狀態(tài)突然啟動，并進入不丟步的正常運行的最高頻率。3).連續(xù)運行的最高工作頻率最高工作頻率指步進電機連續(xù)運行時，不丟步運行的極限頻率。4).加減速特性加減速特性是描述步進電機由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關系。5).矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)距矩頻特性是描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關系。任務二開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)提高開環(huán)系統(tǒng)伺服精度從結構上講有：改善步進電機的性能、減小步距角、采用精密傳動副、減小傳動鏈中傳動間隙等方法。從控制方法上講有：傳動間隙補償、螺距誤差補償、細分線路。1.傳動間隙補償

傳動間隙補償?shù)幕痉椒椋号袆e進給方向變化后，首先不向步進電機輸送反向位移脈沖，而是將間隙值換算為脈沖數(shù)，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，越過傳動間隙，待間隙補償結束后再按指令脈沖進行動作。二.提高步進伺服系統(tǒng)精度的措施任務二開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)2.螺距誤差補償

傳動鏈中的滾珠絲杠螺距累積誤差直接影響工作臺的位移精度，為數(shù)控設備提供了自動螺距誤差補償功能來解決這個問題。3.細分線路

細分線路是把步進電機的一步再分得細一些。如十細分線路，將原來輸入一個進給脈沖步進電機走一步變?yōu)檩斎胧畟€脈沖才走一步。任務三數(shù)控機床的檢測裝置檢測元件是閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。1．對位置檢測裝置的要求1)工作可靠，抗干擾性強；3)使用維護方便，適應機床的工作環(huán)境；2．位置檢測裝置的分類一．概述2)能滿足精度和速度的要求；4)成本低。任務三數(shù)控機床的檢測裝置1.旋轉(zhuǎn)變壓器結構

旋轉(zhuǎn)變壓器是—種轉(zhuǎn)角檢測元件。它是一種小型的交流發(fā)電機，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組能通過固定在殼體上的接線柱直接引出，轉(zhuǎn)子繞組有兩種不同的引出方式，根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的引出方式，旋轉(zhuǎn)變壓器分有刷和無刷兩種。有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷直接引出。無有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器由旋轉(zhuǎn)變壓器本體和附加變壓器兩大部分組成。二．旋轉(zhuǎn)變壓器任務三數(shù)控機床的檢測裝置2.旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理

旋轉(zhuǎn)變壓器一般采用正弦繞組的繞組形式。當激磁電壓加到定子繞組上時，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電動勢。設在定子繞組上的激磁電壓為，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組將產(chǎn)生感應電動勢2EtVVmwsin1=tKVKVEmwqqsincoscos12==K—電磁耦合系數(shù)mVsV的幅值q—轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，當轉(zhuǎn)子和定子的磁軸垂直時，θ=90。若轉(zhuǎn)子安裝在機床絲杠上，定子安裝在機床底座上，則角代表的是絲杠轉(zhuǎn)過的角度，它間接反映了機床工作臺的位移?！獎t：任務三數(shù)控機床的檢測裝置感應同步器是利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕奈恢脵z測元件。根據(jù)結構特點可分為：旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。1.感應同步器的結構

定尺和滑尺的基板由與機床熱膨脹系數(shù)相似的鋼板做成、鋼板上用絕緣粘結劑貼有銅箔，并利用照相腐蝕的辦法做成印制繞組。感應同步器定尺和滑尺繞組的節(jié)距相等，均為２τ，這是衡量感應同步器精度的主要參數(shù)，工藝上要保證其節(jié)距的精度。三．感應同步器任務三數(shù)控機床的檢測裝置mV2.感應同步器的工作原理是加在滑尺任一繞組上的激磁交變電壓：

定尺繞組上的感應電動勢為：

當滑尺移動的距離為X時，則對應于感應電勢以余弦函數(shù)將變化θ角：SVtVVmswsin=tKVKVVmSBwqqsincoscos==Kq—電磁耦合系數(shù)—的幅值—反映的是定尺和滑尺的相對移動的距離x。SVptptqxx==22設任務三數(shù)控機床的檢測裝置1．光柵的結構

光柵通常作為高精度數(shù)控機床的位置檢測元件，將機械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給數(shù)控裝置，實現(xiàn)閉環(huán)位置控制。光柵分類為：

透射光柵是在玻璃表面上制成一系列平行等距的透光縫隙和不透光的柵線，反射光柵是在金屬的鏡面上制成全反射和漫反射間隔相等的條紋。條紋之間的距離稱為柵距。光柵檢測裝置主要由光源、聚光鏡、標尺光柵、指示光柵和光敏元件。ìí?圓光柵長光柵ìí?透射光柵反射光柵四．光柵2、光柵的工作原理指示光柵標尺光柵任務三數(shù)控機床的檢測裝置光柵檢測裝置的組成

3、光柵的效應4、莫爾條紋的特點1）放大性橫向效應縱向效應斜向效應

直線效應弧線效應任務三數(shù)控機床的檢測裝置2）平均效應

莫爾條紋是由若干條線紋共同形成的，對個別光柵線紋之間的誤差具有平均效應，能消除柵距不均勻所造成的影響。任務三數(shù)控機床的檢測裝置3）移動規(guī)律

光柵相對移動一個W，莫爾條紋移動一個B，當光柵移動方向變化時，莫爾條紋的移動方向也變化。4、莫爾條紋的特點1）放大性6、光柵產(chǎn)品簡介b.敞開式光柵尺a.封閉式光柵尺c.長度計任務三數(shù)控機床的檢測裝置任務三數(shù)控機床的檢測裝置脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的檢測角位移的傳感器。按編碼的方式分為增量式編碼器和絕對式編碼器；按結構分為接觸式編碼器、光電式編碼器和電磁式編碼器。1.增量式光電編碼器

五．脈沖編碼器任務三數(shù)控機床的檢測裝置2.絕對式光電編碼器

絕對式光電編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制編碼方式進行光電轉(zhuǎn)換的。圖表示按二進制編碼構成絕對式編碼器的工作原理。其中白的部分表示透光，黑的部分表示不透光。當光源通過透光部分并為光電接收器接收時表示“1”信息，反之表示“O”信息。最里層的表示最高位，最外層的表示最低位。

任務四閉環(huán)伺服系統(tǒng)1.直流伺服電機1).小慣量直流伺服電機2).寬調(diào)速直流伺服電動機3).直流伺服電動機的速度調(diào)節(jié)直流伺服電機的調(diào)整方法主要是調(diào)整電機電樞電壓，使用最為廣泛的方法是晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速。一