安徽工程科技学院机械工程系

1、安徽工程科技学院机械工程系安徽工程科技学院机械工程系二零零六年九月二零零六年九月班级:机制第一节第一节 概述概述第六章 数控机床的伺服系统第二节第二节 开环步进式伺服系统开环步进式伺服系统第四节第四节 闭环伺服系统闭环伺服系统第三节第三节 数控机床的检测装置数控机床的检测装置第一节 概述教案教案 17171.调速范围要宽2.精度要高3.响应要快4.低速大转矩5.稳定性要好，可靠性要高。进给驱动系统用途和功能主轴驱动系统电液伺服系统动作原理直流伺服驱动系统电气驱动系统交流伺服驱动系统开环系统控制原理半闭环系统闭环系统二伺服驱动系统的分类二伺服驱动系统的分类一数控机床对伺服系统的要求一数控机床对伺

2、服系统的要求教案教案 1818电机电机机械执行部件机械执行部件A相、相、B相相C相、相、f、nCNC插补指令插补指令脉冲频率脉冲频率f脉冲个数脉冲个数n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换功率功率放大放大a.a.开环伺服系统开环伺服系统b.b.闭环闭环( (半闭环半闭环) )伺服系统伺服系统位置控制调位置控制调节器节器+实际实际位置位置反馈反馈速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈检测与反馈单元单元位置控制单元位置控制单元速度控制元件速度控制元件- - -电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际实际速度速度反馈反馈第一节 概述第一节 概述教案教案 17172.2.

3、进给驱动与主轴驱动进给驱动与主轴驱动3.3.直流伺服驱动与交流伺服驱动直流伺服驱动与交流伺服驱动+位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈C、半闭环伺服系统第二节 开环步进式伺服系统教案教案 17171.1.步进电机的结构和工作原理步进电机的结构和工作原理2.2.步进电机的主要特性步进电机的主要特性1).步距角和静态步距误差 步距角指步进电机定子绕组通电状态每改变一次，转子转过的角度。步距角计算式为： 0360mzka=m定子相数；z转子齿数；k拍数与相数的比例系数一步进电机一步进电机第二节 开环步进式伺服系

4、统教案教案 17172).启动频率 启动频率指空载时，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。3).连续运行的最高工作频率 最高工作频率指步进电机连续运行时，不丢步运行的极限频率。4).加减速特性 加减速特性是描述步进电机由静止到工作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。5).矩频特性与动态转距 矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系。第二节 开环步进式伺服系统教案教案 1717 提高开环系统伺服精度从结构上讲有：改善步进电机的性能、减小步距角、采用精密传动副、减小传动链中传动间隙等方法。从控制方法上讲

5、有：传动间隙补偿、螺距误差补偿、细分线路。1. 1. 传动间隙补偿传动间隙补偿 传动间隙补偿的基本方法为：判别进给方向变化后，首先不向步进电机输送反向位移脉冲，而是将间隙值换算为脉冲数，驱动步进电机转动，越过传动间隙，待间隙补偿结束后再按指令脉冲进行动作。二二. .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第二节 开环步进式伺服系统教案教案 17172. 2. 螺距误差补偿螺距误差补偿 传动链中的滚珠丝杠螺距累积误差直接影响工作台的位移精度，为数控设备提供了自动螺距误差补偿功能来解决这个问题。3. 3. 细分线路细分线路 细分线路是把步进电机的一步再分得细一些。如十细分线路，将原来输

6、入一个进给脉冲步进电机走一步变为输入十个脉冲才走一步。第三节 数控机床的检测装置教案教案 1818 检测元件是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分。1 1对位置检测装置的要求对位置检测装置的要求1)工作可靠，抗干扰性强；3)使用维护方便，适应机床的工作环境；2 2位置检测装置的分类位置检测装置的分类一概述一概述2)能满足精度和速度的要求；4)成本低。第三节 数控机床的检测装置教案教案 18181. 1. 旋转变压器结构旋转变压器结构 旋转变压器是种转角检测元件。它是一种小型的交流发电机，由定子和转子组成。定子绕组能通过固定在壳体上的接线柱直接引出，转子绕组有两种不同的引出方式，根据转子绕组的引出

7、方式，旋转变压器分有刷和无刷两种。 有刷式旋转变压器的转子绕组通过滑环和电刷直接引出。无有刷式旋转变压器由旋转变压器本体和附加变压器两大部分组成。二旋转变压器二旋转变压器第三节 数控机床的检测装置教案教案 18182. 2. 旋转变压器工作原理旋转变压器工作原理 旋转变压器一般采用正弦绕组的绕组形式。当激磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势。设在定子绕组上的激磁电压为 ，通过电磁耦合，转子绕组将产生感应电动势 2EtVVmwsin1=tKVKVEmwqqsincoscos12=K电磁耦合系数mVsV的幅值q转子的转角，当转子和定子的磁轴垂直时，=90。若转子安装在机床丝

8、杠上，定子安装在机床底座上，则角代表的是丝杠转过的角度，它间接反映了机床工作台的位移。则：第三节 数控机床的检测装置教案教案 1818 感应同步器是利用电磁耦合原理，将位移或转角转变为电信号的位置检测元件。根据结构特点可分为：旋转式和直线式两种。1. 1. 感应同步器的结构感应同步器的结构定尺和滑尺的基板由与机床热膨胀系数相似的钢板做成、钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用照相腐蚀的办法做成印制绕组。感应同步器定尺和滑尺绕组的节距相等，均为，这是衡量感应同步器精度的主要参数，工艺上要保证其节距的精度。三感应同步器三感应同步器第三节 数控机床的检测装置教案教案 1818mV2. 2. 感应同步器的

9、工作原理感应同步器的工作原理是加在滑尺任一绕组上的激磁交变电压： 定尺绕组上的感应电动势为： 当滑尺移动的距离为X时，则对应于感应电势以余弦函数将变化角： SVtVVmswsin=tKVKVVmSBwqqsincoscos=Kq 电磁耦合系数的幅值 反映的是定尺和滑尺的相对移动的距离x。SVptptqxx=22设第三节 数控机床的检测装置教案教案 18181 1光栅的结构光栅的结构光栅通常作为高精度数控机床的位置检测元件，将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给数控装置，实现闭环位置控制。光栅分类为：透射光栅是在玻璃表面上制成一系列平行等距的透光缝隙和不透光的栅线，反射光栅是在金属的镜面上制成

10、全反射和漫反射间隔相等的条纹。条纹之间的距离称为栅距。光栅检测装置主要由光源、聚光镜、标尺光栅、指示光栅和光敏元件。圆光栅长光栅透射光栅反射光栅四光栅四光栅教案教案 18182 2、光栅的工作原理、光栅的工作原理指示光栅指示光栅标尺光栅标尺光栅q光光栅栅检检测测装装置置的的组组成成 第三节 数控机床的检测装置教案教案 18183 3、光栅的效应光栅的效应2sin( /2)WWBqq= 4 4、莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点横向效应横向效应 纵向效应纵向效应 斜向效应斜向效应 直线效应直线效应 弧线效应弧线效应第三节 数控机床的检测装置教案教案 1818 4 4、莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点第三节

11、 数控机床的检测装置教案教案 18185 5、光栅光栅在数控机床中的应用在数控机床中的应用AB第三节 数控机床的检测装置教案教案 18186 6、光栅产品简介、光栅产品简介b.b.敞开式光栅尺敞开式光栅尺a.a.封闭式光栅尺封闭式光栅尺c.c.长度计长度计 第三节 数控机床的检测装置第三节 数控机床的检测装置教案教案 1818脉冲编码器是一种旋转式的检测角位移的传感器。按编码的方式分为增量式编码器和绝对式编码器；按结构分为接触式编码器、光电式编码器和电磁式编码器。 1.1.增量式光电编码器增量式光电编码器 五脉冲编码器五脉冲编码器第三节 数控机床的检测装置教案教案 18182.2.绝对式光电编

12、码器绝对式光电编码器绝对式光电编码器是利用自然二进制或循环二进制编码方式进行光电转换的。图表示按二进制编码构成绝对式编码器的工作原理。其中白的部分表示透光，黑的部分表示不透光。当光源通过透光部分并为光电接收器接收时表示“1”信息，反之表示“O”信息。最里层的表示最高位，最外层的表示最低位。 第四节 闭环伺服系统教案教案 19191.1.直流伺服电机直流伺服电机1).小惯量直流伺服电机 2).宽调速直流伺服电动机 3).直流伺服电动机的速度调节直流伺服电机的调整方法主要是调整电机电枢电压，使用最为广泛的方法是晶体管脉宽调制调速。一闭环伺服系统执行元件一闭环伺服系统执行元件第四节 闭环伺服系统教案教案 19192.2.交流伺服电机交流伺服电机1).交流感应异步电动机的结构和工作原理2).SPWM变频控制器第四节 闭环伺服系