数控技术 第7章 数控机床伺服系统

1、返回主页返回主页退出退出数数控控机机床床的的伺伺服服系系统统第第 七七 章章返回主页返回主页退出退出7.1.1 伺服系统的分类伺服系统的分类1. 按照调节理论分类按照调节理论分类（1）开环伺服系统）开环伺服系统（2）闭环伺服系统）闭环伺服系统（3）半闭环伺服系统）半闭环伺服系统7.1 概概 述述返回主页返回主页退出退出数控数控系统系统指令指令脉冲脉冲驱动驱动线路线路步进步进电机电机齿轮副和齿轮副和丝杠螺母丝杠螺母副副工作工作台台脉冲的频率决定了步进电脉冲的频率决定了步进电机的转速机的转速数量决定了步进电机转数量决定了步进电机转动的角度动的角度决定了工作台的移决定了工作台的移动速度动速度决定了工

2、作台的位决定了工作台的位移大小。移大小。开环伺服系统开环伺服系统返回主页返回主页退出退出2. 按使用的驱动元件分类按使用的驱动元件分类（1）电液伺服系统）电液伺服系统执行元件：电液脉冲马达或电液伺服马达。执行元件：电液脉冲马达或电液伺服马达。驱动元件：液动机或液压缸。驱动元件：液动机或液压缸。优点：低速高输出力矩，刚性好，时间常数小，反应快，速度平优点：低速高输出力矩，刚性好，时间常数小，反应快，速度平稳。稳。缺点：需要供油系统，体积大，产生噪声和漏油等问题。缺点：需要供油系统，体积大，产生噪声和漏油等问题。（2）电气伺服系统）电气伺服系统执行元件：伺服电机（步进电机、交流或直流伺服电机）。执

3、行元件：伺服电机（步进电机、交流或直流伺服电机）。驱动元件：电力电子器件。驱动元件：电力电子器件。现代数控机床均采用电气伺服系统。现代数控机床均采用电气伺服系统。返回主页返回主页退出退出3. 按被控对象分类按被控对象分类（1）进给伺服系统）进给伺服系统 控制机床各坐标轴的切削进给运动，提供切削所控制机床各坐标轴的切削进给运动，提供切削所需的转矩。需的转矩。包括速度控制环和位置控制环。包括速度控制环和位置控制环。（2）主轴伺服系统）主轴伺服系统 控制机床主轴的旋转运动，提供所需的驱动功率控制机床主轴的旋转运动，提供所需的驱动功率和切削力。和切削力。一般的主轴控制只有一个速度控制系统，具有一般的主

4、轴控制只有一个速度控制系统，具有C轴控制轴控制的主轴伺服系统与进给伺服系统相同，是一般概念的的主轴伺服系统与进给伺服系统相同，是一般概念的位置伺服控制系统。位置伺服控制系统。刀库的位置控制是简单的位置伺服控制。刀库的位置控制是简单的位置伺服控制。返回主页返回主页退出退出4. 按反馈比较控制方式分类按反馈比较控制方式分类（1）数字脉冲比较伺服系统）数字脉冲比较伺服系统将数控装置发出的数字（或脉冲）指令信号与检测装置将数控装置发出的数字（或脉冲）指令信号与检测装置测量的以数字（或脉冲）形式表示的反馈信号直接进测量的以数字（或脉冲）形式表示的反馈信号直接进行比较，产生位置差值，形成闭环和半闭环控制。

5、行比较，产生位置差值，形成闭环和半闭环控制。（2）相位比较伺服系统）相位比较伺服系统采用相位工作方式，指令信号与反馈信号均以相位形式采用相位工作方式，指令信号与反馈信号均以相位形式表示并进行比较。表示并进行比较。（3）幅值比较伺服系统）幅值比较伺服系统以位置检测信号的幅值大小来反映机床位移量的大小，以位置检测信号的幅值大小来反映机床位移量的大小，并与指令信号进行比较。并与指令信号进行比较。（4）全数字控制伺服系统）全数字控制伺服系统由位置、速度和电流组成的三环反馈控制全部数字化。由位置、速度和电流组成的三环反馈控制全部数字化。返回主页返回主页退出退出7.1.2 伺服系统的组成伺服系统的组成控制

6、器控制器功率驱功率驱动装置动装置位置检位置检测装置测装置伺服电伺服电机机控制器最多构成三闭环控制：外环为位置环，中控制器最多构成三闭环控制：外环为位置环，中环为速度环，内环为电流环。环为速度环，内环为电流环。由驱动信号产生电路和功率放大器等组成。功能：由驱动信号产生电路和功率放大器等组成。功能：按控制量大小将电网中的电能作用到电机上，调按控制量大小将电网中的电能作用到电机上，调节电机力矩的大小；按电机要求将恒压恒频的电节电机力矩的大小；按电机要求将恒压恒频的电网供电转换为电机所需直流电或交流电网供电转换为电机所需直流电或交流电闭环和半闭环伺服系统有位置检测装置，其安装闭环和半闭环伺服系统有位置

7、检测装置，其安装位置不同；开环伺服系统无位置检测装置。位置不同；开环伺服系统无位置检测装置。闭环和半闭环伺服系统采用交流或直流伺服电机；闭环和半闭环伺服系统采用交流或直流伺服电机；开环伺服系统采用步进电机。开环伺服系统采用步进电机。返回主页返回主页退出退出伺服系统结构伺服系统结构返回主页返回主页退出退出7.1.3 数控机床对伺服系统的要求数控机床对伺服系统的要求1. 数控机床对进给伺服系统的要求数控机床对进给伺服系统的要求（1）调速范围大，低速转矩大。）调速范围大，低速转矩大。（2）精度高。）精度高。（3）快速响应无超调。）快速响应无超调。（4）稳定性好，可靠性高。）稳定性好，可靠性高。（5）

8、足够的传动刚性，较强的过载能力，电机）足够的传动刚性，较强的过载能力，电机的惯量与移动部件的惯量相匹配，伺服电机能的惯量与移动部件的惯量相匹配，伺服电机能够频繁启停和可逆运行。够频繁启停和可逆运行。返回主页返回主页退出退出2. 数控机床对主轴伺服系统的要求数控机床对主轴伺服系统的要求（1）足够的输出功率。）足够的输出功率。 主轴转速高，输出转矩小；主轴转速低，输出转矩大。主轴转速高，输出转矩小；主轴转速低，输出转矩大。要求主轴驱动装置具有恒功率性质。要求主轴驱动装置具有恒功率性质。（2）调速范围宽。）调速范围宽。 数控机床的变速依照指令自动执行，要求能够在较宽数控机床的变速依照指令自动执行，要

9、求能够在较宽的转速范围内进行无级调速，较少中间传递环节，简化的转速范围内进行无级调速，较少中间传递环节，简化主轴箱。主轴箱。（3）定位准停功能。）定位准停功能。 为使得数控车床具有螺纹切削等功能，要求主轴能与为使得数控车床具有螺纹切削等功能，要求主轴能与进给驱动实行同步控制。进给驱动实行同步控制。在加工中为自动换刀，要求主轴具有高精度的准停功能。在加工中为自动换刀，要求主轴具有高精度的准停功能。返回主页返回主页退出退出7.2 步进电机伺服系统步进电机伺服系统 步进电机步进电机：一种将电脉冲信号变换成相应的角位移：一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。或直线位移的机电执行元

10、件。 数控装置输出的进给脉冲数量、频率和方向经过驱数控装置输出的进给脉冲数量、频率和方向经过驱动控制电路达到步进电机后，可以转换为工作台的位动控制电路达到步进电机后，可以转换为工作台的位移量、进给速度和方向。移量、进给速度和方向。7.2.1 步进电机步进电机驱动控制线路驱动控制线路步进电机步进电机工作台工作台指令脉冲指令脉冲丝杠丝杠开环步进式伺服系统组成框图开环步进式伺服系统组成框图返回主页返回主页退出退出1. 步进电机的类型步进电机的类型返回主页返回主页退出退出2. 步进电机的结构步进电机的结构定子绕组定子绕组转子铁芯转子铁芯A相相磁通磁通定子定子铁芯铁芯反应式步进电机反应式步进电机返回主页

11、返回主页退出退出 定子定子的每个磁极正对转的每个磁极正对转子的圆弧面上均都均匀子的圆弧面上均都均匀分布着分布着5个小齿，呈梳个小齿，呈梳状排列，齿槽等宽，齿状排列，齿槽等宽，齿间夹角为间夹角为9。 转子转子上没有绕组，只有上没有绕组，只有均匀分布的均匀分布的40个小齿，个小齿，其大小和间距与定子上其大小和间距与定子上的完全相同。的完全相同。 三相定子磁极上的小齿三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开在空间位置上依次错开1/3齿距。齿距。返回主页返回主页退出退出 当当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁相磁极上的齿刚好超前（或滞后）转子齿极上的齿刚好

12、超前（或滞后）转子齿1/3齿距角，即齿距角，即3；C相磁极齿超前（或滞后）转子齿相磁极齿超前（或滞后）转子齿2/3齿距角。齿距角。 步距角：步进电机每走一步所转过的角度，其大小等于步距角：步进电机每走一步所转过的角度，其大小等于错齿的角度。错齿的角度。（2）永磁式步进电机）永磁式步进电机 定子和转子中的某一方永永久磁钢，另一方由软磁材定子和转子中的某一方永永久磁钢，另一方由软磁材料制成，其上由励磁绕组。绕组通电，建立的磁场与永料制成，其上由励磁绕组。绕组通电，建立的磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。（3）永磁感应式步进电机）永磁感应式步进电机 转子由环

13、行磁钢及两段铁芯构成。转子由环行磁钢及两段铁芯构成。返回主页返回主页退出退出3. 反应式步进电机工作原理反应式步进电机工作原理 步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，即送给步进步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，即送给步进电机一个电流脉冲，其转子就转过一个确定的角度，即电机一个电流脉冲，其转子就转过一个确定的角度，即步距角步距角；脉冲数增加，角位移也增加；无脉冲时，电；脉冲数增加，角位移也增加；无脉冲时，电机停止。机停止。 改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向改变。改变。 步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋步进电机定子绕组

14、通电状态的改变速度越快，其转子旋转速度越快，即脉冲频率越高，转子转速越高；但脉冲转速度越快，即脉冲频率越高，转子转速越高；但脉冲频率不能过高，否则产生失步或超步。频率不能过高，否则产生失步或超步。 步进电机：基于电磁力的吸引和排斥产生转矩。步进电机：基于电磁力的吸引和排斥产生转矩。 定子绕组所加电源要求是脉冲电流形式，也称定子绕组所加电源要求是脉冲电流形式，也称 为脉冲电机。为脉冲电机。返回主页返回主页退出退出4. 反应式步进电机主要特征反应式步进电机主要特征（1）步距角和静态步距误差）步距角和静态步距误差 步进电机步距角步进电机步距角与定子绕组的相数与定子绕组的相数m、转子的齿数、转子的齿数

15、z、通电方式通电方式k有关，即有：有关，即有：360/(mzk)。 其中：其中：m相相m拍时，拍时，k1；m相相2m拍时，拍时，k2，依，依此类推。例如，三相三拍，此类推。例如，三相三拍，z40时，时，360/(3401)3。 静态步距误差：在空载情况下，理论的步距角与实静态步距误差：在空载情况下，理论的步距角与实际的步距角之差，以分表示，一般在际的步距角之差，以分表示，一般在10之内。之内。 步距误差主要由步进电机步距制造误差，定子和转子步距误差主要由步进电机步距制造误差，定子和转子间气隙不均匀以及各相电磁转矩不均匀等因素造成。间气隙不均匀以及各相电磁转矩不均匀等因素造成。返回主页返回主页退

16、出退出（2）静态转矩与矩角特性）静态转矩与矩角特性 静态转矩：当步进电机某相通电时，转子处于不静态转矩：当步进电机某相通电时，转子处于不动动状状态，此时在电机轴上加一个负载转矩，转子就按一定方态，此时在电机轴上加一个负载转矩，转子就按一定方向转过一个角度向转过一个角度，此时转子所受的电磁转矩，此时转子所受的电磁转矩M即为静即为静态转矩。态转矩。 矩角特性：静态转矩矩角特性：静态转矩M与与的关系。的关系。返回主页返回主页退出退出（3）启动频率）启动频率 启动频率：空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进入不丢启动频率：空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进入不丢步的正常运行的最高频率。步的正常

17、运行的最高频率。 步进电机带负载下的启动频率要比空载启动频率低，并随负载增步进电机带负载下的启动频率要比空载启动频率低，并随负载增加而进一步降低。加而进一步降低。（4）连续运行的最高工作频率）连续运行的最高工作频率 最高工作频率：步进电机启动后，保证连续不丢步运行的最高工最高工作频率：步进电机启动后，保证连续不丢步运行的最高工作频率。作频率。 决定了定子绕组通电状态下最高变化的频率，即决定了步进电机决定了定子绕组通电状态下最高变化的频率，即决定了步进电机的最高转速。的最高转速。（5）加减速特性）加减速特性 加减速特性：步进电机由静止加减速特性：步进电机由静止到到工作频率和由工作频率到静止的工作

18、频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。返回主页返回主页退出退出（6）矩频特性与动态转矩）矩频特性与动态转矩 矩频特性：描述步进电机连续稳定运行时输出转矩矩频特性：描述步进电机连续稳定运行时输出转矩M与连续运行与连续运行频率频率f之间的关系。之间的关系。 动态转矩：矩频特性曲线上每个频率对应的转矩。动态转矩：矩频特性曲线上每个频率对应的转矩。 步进电机正常运行时，动态转矩随连续运行频率的上升而下降。步进电机正常运行时，动态转矩随连续运行频率的上升而下降。返回主页返回主页退出退出7.2.2 步进电机的驱动

19、控制器步进电机的驱动控制器 功能：将具有一定频率功能：将具有一定频率f、一定数量、一定数量N和方向的进给脉冲和方向的进给脉冲转换成控制步进电机各相定子绕组通电断电的电平信号转换成控制步进电机各相定子绕组通电断电的电平信号变化频率、变化次数和通断电顺序。变化频率、变化次数和通断电顺序。 驱动控制器由环形脉冲分配器和功率放大器组成。驱动控制器由环形脉冲分配器和功率放大器组成。返回主页返回主页退出退出1. 环形脉冲分配器环形脉冲分配器 功能：将逻辑电平信号（弱电）变换为电机绕组所需功能：将逻辑电平信号（弱电）变换为电机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号（强电）。即将数控的具有一定功率的电流脉冲信号

20、（强电）。即将数控装置的插补脉冲，按步进电机所要求的规律分配给步装置的插补脉冲，按步进电机所要求的规律分配给步进电机的各相输入端，以控制励磁绕组的通、断电。进电机的各相输入端，以控制励磁绕组的通、断电。 分类：硬件环形分配器和软件环形分配器。分类：硬件环形分配器和软件环形分配器。 硬件环形分配器：步进电机驱动装置本身带有环形分硬件环形分配器：步进电机驱动装置本身带有环形分配器。配器。 软件环形分配器：驱动装置本身无环形分配器，环形软件环形分配器：驱动装置本身无环形分配器，环形分配需要软件完成。分配需要软件完成。返回主页返回主页退出退出硬件环形分配器硬件环形分配器CLK为数控装置发出的脉冲信号，

21、每个脉冲信号的上升或为数控装置发出的脉冲信号，每个脉冲信号的上升或下降沿到来时，输出改变一次绕组的通电状态。下降沿到来时，输出改变一次绕组的通电状态。DIR为数控装置发出的方向信号，其电平高低对应电机绕为数控装置发出的方向信号，其电平高低对应电机绕组通电顺序的改变，即步进电机的正、反转。组通电顺序的改变，即步进电机的正、反转。FULL/HALF控制电机的整步或半步。控制电机的整步或半步。返回主页返回主页退出退出三相六拍环形脉冲分配器原理图三相六拍环形脉冲分配器原理图返回主页返回主页退出退出软件环形脉冲分配器软件环形脉冲分配器 如图所示，如图所示，8031单片机的单片机的P1口的三个引脚口的三个

22、引脚经过光电隔离、功率放大后分别与电机的经过光电隔离、功率放大后分别与电机的A、B、C连接。连接。返回主页返回主页退出退出2. 功率放大器功率放大器（1）单电压功率放大器）单电压功率放大器返回主页返回主页退出退出（2）高低电压功率放大器）高低电压功率放大器返回主页返回主页退出退出（3）斩波恒流功率放大器）斩波恒流功率放大器返回主页返回主页退出退出（4）调频调压功率放大器）调频调压功率放大器返回主页返回主页退出退出7.2.3 提高步进伺服系统精度的措施提高步进伺服系统精度的措施1. 传动间隙补偿传动间隙补偿 提高机床传动元件的制造装配精度并采取消除传提高机床传动元件的制造装配精度并采取消除传动间

23、隙的措施，只能减少不能完全消除传动间隙。动间隙的措施，只能减少不能完全消除传动间隙。 机械传动链在改变运动或旋转方向时，最初若干机械传动链在改变运动或旋转方向时，最初若干个指令脉冲只能起到消除间隙的作用，造成步进电个指令脉冲只能起到消除间隙的作用，造成步进电机的空走，而工作台无实际移动，从而产生传动误机的空走，而工作台无实际移动，从而产生传动误差。差。 补偿方法：先测出并存储间隙大小，接收反向位补偿方法：先测出并存储间隙大小，接收反向位移指令时，先不向步进电机输出反向位移脉冲，而移指令时，先不向步进电机输出反向位移脉冲，而将间隙值转换为脉冲数将间隙值转换为脉冲数N，驱动步进电机转动，越过，驱动

24、步进电机转动，越过传动间隙，然后按照指令脉冲动作。传动间隙，然后按照指令脉冲动作。返回主页返回主页退出退出传动间隙补偿示意图传动间隙补偿示意图返回主页返回主页退出退出2. 螺距误差补偿螺距误差补偿传动链中滚珠丝杠螺距的制传动链中滚珠丝杠螺距的制造误差直接影响机床工作造误差直接影响机床工作台的位移精度。台的位移精度。补偿方法：设置若干个补偿补偿方法：设置若干个补偿点，在每个补偿点测量并点，在每个补偿点测量并记录工作台位移误差，确记录工作台位移误差，确定补偿值并作为控制参数定补偿值并作为控制参数输送给数控装置。输送给数控装置。设备运行时，工作台每经过设备运行时，工作台每经过一个补偿点，一个补偿点，

25、CNC系统就系统就加入补偿量，补偿螺距误加入补偿量，补偿螺距误差。差。返回主页返回主页退出退出3. 细分线路细分线路细分驱动：将一个步距角细分为若干步的驱动方法。细分驱动：将一个步距角细分为若干步的驱动方法。返回主页返回主页退出退出7.3 直流伺服电机与速度控制直流伺服电机与速度控制7.3.1 直流伺服电机直流伺服电机1. 直流伺服电机的类型直流伺服电机的类型按电枢的结构和形状分：平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢按电枢的结构和形状分：平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢型等。型等。按定子磁场产生方式分：永磁式和他励式。按定子磁场产生方式分：永磁式和他励式。按转子转动惯量大小分：大惯量、中惯量和小惯

26、量伺服电机。按转子转动惯量大小分：大惯量、中惯量和小惯量伺服电机。2. 直流伺服电机的结构直流伺服电机的结构（1）定子：产生定子磁极磁场。）定子：产生定子磁极磁场。（2）转子：表面嵌有线圈，通直流电时，在定子磁场作用下）转子：表面嵌有线圈，通直流电时，在定子磁场作用下产生带负载旋转的电磁转矩。产生带负载旋转的电磁转矩。（3）电刷与换向片：为使产生的电磁转矩保持恒定的方向，）电刷与换向片：为使产生的电磁转矩保持恒定的方向，保证转子能沿着固定方向均匀地连续旋转，将电刷与外加保证转子能沿着固定方向均匀地连续旋转，将电刷与外加直流电源连接，换向片与电枢线圈连接。直流电源连接，换向片与电枢线圈连接。返回

27、主页返回主页退出退出返回主页返回主页退出退出7.3.2 直流进给速度控制单元直流进给速度控制单元直流电机地机械特性公式直流电机地机械特性公式 式中，式中，n为电机转速，为电机转速，Ua为电枢外加电压，为电枢外加电压，Ce为反电动势常数，为反电动势常数，为电机磁通量，为电机磁通量，Ra为电枢电为电枢电阻，阻，Cm为转矩常数，为转矩常数，M为电磁转矩。为电磁转矩。MCCRCUnmeaea2 返回主页返回主页退出退出直流电机的三种调速方法。直流电机的三种调速方法。l改变电枢外加电压改变电枢外加电压Ua。该方法可以得到调。该方法可以得到调速范围较宽的恒转矩特性，机械特性好，速范围较宽的恒转矩特性，机械

28、特性好，适用于主轴驱动的低速段和进给驱动。适用于主轴驱动的低速段和进给驱动。l改变磁通量改变磁通量。可得到恒功率特性，适用于。可得到恒功率特性，适用于主轴驱动的高速段，不适合于进给驱动。主轴驱动的高速段，不适合于进给驱动。l改变电枢电路的电阻改变电枢电路的电阻Ra。该方法得到的机。该方法得到的机械特性较软，不能实现无级调速，也不适械特性较软，不能实现无级调速，也不适合于数控机床。合于数控机床。返回主页返回主页退出退出1. 晶闸管直流调速系统晶闸管直流调速系统三相全控桥式整流电路作为直流速度控制单元的主电路。三相全控桥式整流电路作为直流速度控制单元的主电路。两组正负对接的晶闸管，一组用于提供正向

29、电压，供电机两组正负对接的晶闸管，一组用于提供正向电压，供电机正转。一组提供反向电压，供电机反转。正转。一组提供反向电压，供电机反转。返回主页返回主页退出退出双环调度系统双环调度系统速度调节器和电流调节器均是由线性集成放大器和阻容速度调节器和电流调节器均是由线性集成放大器和阻容元件构成的元件构成的PI调节器。调节器。速度环起主导作用，电流环的作用是在启动和堵转时限速度环起主导作用，电流环的作用是在启动和堵转时限制最大电枢电流。制最大电枢电流。返回主页返回主页退出退出7.4 交流伺服电机与速度控制交流伺服电机与速度控制7.4.1 交流伺服电机交流伺服电机1. 交流伺服电机的类型交流伺服电机的类型

30、永磁式交流伺服电机和感应式交流伺服电机永磁式交流伺服电机和感应式交流伺服电机共同点：工作原理均由定子绕组产生旋转磁场使共同点：工作原理均由定子绕组产生旋转磁场使得转子跟随定子旋转磁场一起运转。得转子跟随定子旋转磁场一起运转。不同点：永磁式伺服电机的转速与外加交流电源不同点：永磁式伺服电机的转速与外加交流电源的频率存在着严格的同步关系，即电机的转速等的频率存在着严格的同步关系，即电机的转速等于旋转磁场的同步转速；而感应式伺服电机由于于旋转磁场的同步转速；而感应式伺服电机由于需要转速差才能产生电磁转矩，因此，电机的转需要转速差才能产生电磁转矩，因此，电机的转速低于磁场同步转速，负载越大，转速差越大

31、。速低于磁场同步转速，负载越大，转速差越大。返回主页返回主页退出退出7.4.2 交流进给速度控制单元交流进给速度控制单元1. 交流伺服电机调速原理交流伺服电机调速原理电机调速的三种方法：电机调速的三种方法：（1）改变磁极对数）改变磁极对数P：有级调速方法，通过对定子：有级调速方法，通过对定子绕组接线的切换而改变磁极对数来实现。绕组接线的切换而改变磁极对数来实现。（2）改变转差率）改变转差率s：只适合于异步型交流电机的调速。：只适合于异步型交流电机的调速。（3）变频调速：通过改变电机电源的频率）变频调速：通过改变电机电源的频率f而改变电而改变电机的转速。机的转速。2. SPWM变频调速变频调速（

32、1）SPWM调制原理调制原理（2）SPWM变频器的功率放大电路变频器的功率放大电路返回主页返回主页退出退出7.5 直线电机伺服系统直线电机伺服系统 与传统数控机床进给系统中的与传统数控机床进给系统中的“旋转伺服电机旋转伺服电机滚珠丝杠滚珠丝杠”不同，直线电机直接驱动机床工作台，取不同，直线电机直接驱动机床工作台，取消驱动电机和工作台之间的一切中间传动环节。消驱动电机和工作台之间的一切中间传动环节。 7.5.1 直线电机直线电机 分为交流和直流两种，交流直线电机又分为感应分为交流和直流两种，交流直线电机又分为感应异步式和永磁同步式。异步式和永磁同步式。 直线电机相当于把旋转电机沿过轴线的平面剖开

33、，直线电机相当于把旋转电机沿过轴线的平面剖开，并将定子、转子圆周展开为平面和进行一些演变形成。并将定子、转子圆周展开为平面和进行一些演变形成。返回主页返回主页退出退出感应异步式直线电机演变过程感应异步式直线电机演变过程返回主页返回主页退出退出永磁同步式直线电机演变过程永磁同步式直线电机演变过程返回主页返回主页退出退出2. 直线电机的工作原理直线电机的工作原理基本原理：利用电磁作用将电能转换为动能。基本原理：利用电磁作用将电能转换为动能。（1）感应异步式直线电机的结构及工作原理）感应异步式直线电机的结构及工作原理（2）永磁同步式直线电机工作原理）永磁同步式直线电机工作原理3. 直线电机的特点直线

34、电机的特点调节速度方便。调节速度方便。加速度大，响应快。加速度大，响应快。定位精度和跟踪精度高。定位精度和跟踪精度高。行程不受限制。行程不受限制。返回主页返回主页退出退出7.7 主轴伺服系统主轴伺服系统 提供加工各类工件所需的切削功率，主要完成提供加工各类工件所需的切削功率，主要完成主轴调速和正反转功能。主轴调速和正反转功能。 7.7.1 直流主轴伺服系统直流主轴伺服系统 由速度环和电流环组成双环调速，控制直流由速度环和电流环组成双环调速，控制直流主轴电机的电枢电压来进行恒转矩调速。主轴电机的电枢电压来进行恒转矩调速。返回主页返回主页退出退出返回主页返回主页退出退出7.7.2 交流主轴伺服系统交流主轴伺服系统 交流主轴电机一般采用感应式交流伺服电机。交流主轴电机一般采用感应式交流伺服电机。 主轴驱动交流伺服化是数控机床主轴驱动控主轴驱动交流伺服化是数控机床主轴驱动控制的发展趋势。制的发展趋势。冷却通冷却通风孔风孔普通感应普通感应式电机式电机交流主交流主轴电机轴电机返回主页返回主页退出退出1. 新型主轴电机结构新型主轴电机结构（1）输出转换型交流主轴电机）输出转换型交流主轴电机l 在任何刀具切削速度下提供恒定的功率。在任何刀具切削速度下提供恒定的功率。（2）液体冷却主轴电机）液体冷却主轴电机l 主轴电机输出功率大