数控技术4资料课件

第四章进给伺服系统内容提要本章将详细讨论进给伺服系统的软件硬件结构；进给伺服系统基本功能的原理及实现方法。第四章进给伺服系统2023/1/71数控技术第四章进给伺服系统内容提要第四章进给伺服系统20第一节概述.进给伺服系统的定义及组成.定义：进给伺服系统(FeedServoSystem)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。第四章进给伺服系统2023/1/72数控技术第一节概述.进给伺服系统的定义及组成第四章2.组成：伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检测装置、机械传动机构、执行部件。3.作用：接收数控装置发出的位移和速度指令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴架等执行部件进行工作进给和快速进给。一、进给伺服系统的定义及组成第一节概述2023/1/73数控技术2.组成：伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检测装置二、进给伺服系统的技术要求调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内)调速范围：一般数控机床：1mm/min~24m/min，1:24,000先进数控机床：0~240m/min稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。第一节概述2023/1/74数控技术二、进给伺服系统的技术要求调速范围要宽且要有良好的稳定性(在输出位置精度要高定位精度和重复定位精度要高。定位精度：它是指数控机床各移动轴在确定的终点所能达到的实际位置精度，其误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等的误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。它将直接影响零件加工的精度。二、NC机床对数控进给伺服系统的要求第一节概述2023/1/75数控技术输出位置精度要高二、NC机床对数控进给伺服系统的要求第重复定位精度：它是指在数控机床上，反复运行同一程序代码，所得到的位置精度的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是一项非常重要的精度指标。二、NC机床对数控进给伺服系统的要求第一节概述2023/1/76数控技术重复定位精度：它是指在数控机床上，反复运行同一程序代码，所得（一）数控机床的精度

机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。

一台机床的重复定位精度达到0.005mm(ISO标准、统计法)，就是一台高精度机床；在0.005mm以下，超高精度机床（轴承、丝杠）。2023/1/77数控技术（一）数控机床的精度

机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精3、机床精度体系：目前我们国家承认的有：德国VDI标准、美国NMTBA标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。4、

加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。2023/1/78数控技术3、机床精度体系：目前我们国家承认的有：德国VDI标准、美国（二）定位精度和重复定位精度简介定位精度：是指机床各坐标轴在数控装置控制下运动所能达到的位置精度。重复定位精度：是指数控机床的运动部件在同样条件下在某点定位时，定位误差的离散度大小。2023/1/79数控技术（二）定位精度和重复定位精度简介2023/1/79数控技术加工中心的定位精度1980年代是0.01～0.02毫米；在1990年代末，定位精度国际上是5～8微米；重复定位精度在5微米以下，一般是2～4微米。2023/1/710数控技术加工中心的定位精度1980年代是0.01～0.02毫米；202、ISO的规定（1）重复定位精度-3δ+3δ重复定位精度轴轴重复定位精度反向误差±3δ可以覆盖实际中99.73%的位置分布目标点单向测试至少测5次；建议双向。2023/1/711数控技术2、ISO的规定-3δ+3δ重复定位精度轴轴重复定位精度反向平均发生偏移波动（散布）大平均发生偏移波动（散布）小平均没有偏移波动（散布）大平均没有偏移波动（散布）小Bad!Good!2023/1/712数控技术平均发生偏移平均发生偏移平均没有偏移平均没有偏移91110Sigma(标准差)=

(-x)2N2023/1/713数控技术91110Sigma(标准差)=(-x2023/1/714数控技术2023/1/714数控技术（2）定位精度在运动轴上建立一些目标点，每1～2m5个点，再长则增加；定位精度轴轴定位精度2023/1/715数控技术（2）定位精度定位精度轴轴定位精度2023/1/715数控技2、机床精度标准指标ISO标准德VDI标准美NMTBA标准日JIS标准目标点数每1～2m5个，再长增加取决于轴长，最少5个不定义每50~1000mm一个点，再100mm目标接近点次数单向至少5次单向每米10次最少7次单向1次计定位精度；7次计重复精度定位精度+3δ与-3δ极限值的最大差无此指标定义为精度实际位置与目标的最大差值重复精度发散度的最大值与ISO相近与ISO相近最大发散度除以22023/1/716数控技术2、机床精度标准指标ISO标准德VDI标准美NMTBA标准日2、各标准特点（1）美国NMTBA标准：与ISO非常相近；单向测量；精度与轴长有关；以正负值反映精度。2023/1/717数控技术2、各标准特点2023/1/717数控技术（2）德国VDI标准：与ISO相近；最复杂的一种标准，其中一些指标须仔细分析；定位精度分成四部分，定位不确定性最相近于ISO种的定位精度；2023/1/718数控技术（2）德国VDI标准：2023/1/718数控技术（3）日本JIS标准：与ISO相差较远；比前三种精度标准简单，远不如这些标准准确；定位精度一次往返测量，是目标点与实际点之间的偏差，不考虑±3δ分布；重复精度为测量的最大分散度除以2，前加±号；测量结果感觉比其它标准的精度都高，数值比为1：2。2023/1/719数控技术（3）日本JIS标准：2023/1/719数控技术负载特性要硬当负载变化时，输出速度应基本不变。即△F尽可能小；当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振荡。即△t尽可能短；应有足够的过载能力。这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。tF△t△F第一节概述二、NC机床对数控进给伺服系统的要求2023/1/720数控技术负载特性要硬tF△t△F第一节概响应速度快且无超调达到最大稳态速度的时间tp

应尽可能短。通常要求从0→Fmax（Fmax→0），其时间应小于200ms，否则对机械部件不利，加工质量下降。tFtp第一节概述二、NC机床对数控进给伺服系统的要求2023/1/721数控技术响应速度快且无超调tFtp第一节概反向死区小、频繁启停和正反运动。系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。

综上所述：对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。第一节概述二、NC机床对数控进给伺服系统的要求2023/1/722数控技术反向死区小、频繁启停和正反运动。第一节开环进给伺服系统驱动装置：步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达；控制指令脉冲的数量、频率、及通电顺序，即可执行部件的位移、速度和运动方向；精度低，定位精度±0.02mm，采取补偿措施可达±0.01mm；速度低，脉冲当量在0.01mm时，不超过5m/min;第一节概述三、开环和闭环进给伺服系统2023/1/723数控技术开环进给伺服系统第一节概述三、开结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低廉，用于精度要求不高的场合；20世纪70年代曾经得到了广泛的应用。第一节概述三、开环和闭环进给伺服系统2023/1/724数控技术结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低廉，用于精度要求不高2.闭环和半闭环进给伺服系统驱动装置：直流或交流伺服电机、电液伺服马达；控制指令脉冲的数量、频率、及通电顺序，即可执行部件的位移、速度和运动方向；精度高，定位精度±0.005～0.01mm，先进水平可达±0.1μm；进给速度，一般可达1～30m/min;第一节概述三、开环和闭环进给伺服系统2023/1/725数控技术2.闭环和半闭环进给伺服系统第一节概第二节伺服电机及其调速、概述驱动系统的速度指令经变换和放大后，作为伺服电机的输入量，使电机以一定的速度角位移或直线位移。电机：它提供执行部件运动所需的动力，在数控机床上目前常用的电机有：步进电机直流伺服电机（20世纪70年代和中期）交流伺服电机直线电机。第四章进给伺服系统2023/1/726数控技术第二节伺服电机及其调速、概述第四章进、步进电机及其驱动装置二、步进电机步进电机流行于70年代，该系统结构简单、控制容易、维修方面。目前仍有相当的市场。用于小容量、低速、精度要不高的场合，如经济型数控；打印机、绘图机等计算机的外部设备。第三节进给伺服驱动系统2023/1/727数控技术、步进电机及其驱动装置二、步进电机第三节进给伺服驱动系统伺服驱动1、步进电机的种类和结构分类方式具体类型按力矩产生原理（1）反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行（2）激磁式：定、转子均有激磁绕组（或转子用永久磁钢），由电磁力矩实现步进运行按输出力矩大小（1）伺服式：输出力矩在百分之几到十分之几（N.m）（2）功率式:输出力矩在5~50N.m以上，可直接驱动机床工作台等较大负载按定子数（1）单定子式（2）双定子式（3）三定子式（4）多定子式按各相绕组分布（1）径向分相式：电机各相按圆周依次排列（2）轴向分相式：电机各相按轴向依次排列2023/1/728数控技术伺服驱动1、步进电机的种类和结构分类方式具体类型（1）反应式、步进电机及其驱动装置步进电机的结构第三节进给伺服驱动系统定子铁心上每个齿有5个小齿；转子上有40个齿，相邻两齿的齿距角为9度；2023/1/729数控技术、步进电机及其驱动装置步进电机的结构第三节进给伺服驱动系、步进电机及其驱动装置三相定子磁极上的小齿在空间上依次错开1／3齿距角。转子齿和A向磁极对齐时，B相磁极小齿沿反时针超前转子齿1/3齿距角；C相磁极小齿沿反时针超前转子齿2/3齿距角.2023/1/730数控技术、步进电机及其驱动装置三相定子磁极上的小齿在空间上依次错开1、步进电机及其驱动装置2.步进电机的工作原理电磁铁的作用原理；三相单三拍通电方式A→B→C→A→…A→C→B→A→…定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过3度。三相六拍A→AB→B→BC→C→CA→A→…2023/1/731数控技术、步进电机及其驱动装置2.步进电机的工作原理电磁铁的作用原、步进电机及其驱动装置结论步进电机定子绕阻的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步矩角α；改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快；步进电机的步矩角α与定子绕组相数m、通电方式k（m相m拍时k=1,m相2m拍时k=2，N为定子绕组的相数）、转子的齿数z有关

：2023/1/732数控技术、步进电机及其驱动装置结论2023/1/732数控技术二、步进电机及其驱动装置3．步进电机的主要特性(1)步距角和静态步距误差。步进电机的步距角。是决定开环伺服系统脉冲当量的重要参数，常见的反应式步进电机的步距角一般为0.5°～3°，步距角越小，加工精度越高。静态步距误差。理论的步距角和实际的步距角之差，一般在10‘之内。主要由步进电机齿距制造误差，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的。2023/1/733数控技术二、步进电机及其驱动装置3．步进电机的主要特性2023/1/二、步进电机及其驱动装置（2）启动频率fq：空载时，步进电机由静止突然启动，并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率。若启动时频率大于突跳频率，步进电机就不能正常启动。fq与负载惯量有关，随着负载惯量的增长而下降。空载启动时，步进电机定子绕组通电状态频率的变化不能高于该突跳频率。2023/1/734数控技术二、步进电机及其驱动装置（2）启动频率fq：空载时，步进电二、步进电机及其驱动装置

(3)连续运行的最高工作频率fmax。步进电机连续运行时，保证不丢步运行的极限频率fmax，称为最高工作频率。它决定定子绕组通电状态最高的变化频率，并决定了步进电机的最高转速。2023/1/735数控技术二、步进电机及其驱动装置(3)连续运行的最高工作频率fma二、步进电机及其驱动装置（4）加减速特性：由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程，定子绕组通电状态变化的频率与时间的关系。用加速时间常数Ta和Tb描述其加减速特性。工作f0.632f2023/1/736数控技术二、步进电机及其驱动装置（4）加减速特性：由静止到工作频率和二、步进电机及其驱动装置(5)矩频特性与动态转矩矩频特性M＝F(f)，描述步进电机连续稳定运行时，输出转矩与输入频率之间的关系，如下图所示。该特性上每一个频率对应的转矩称为动态转矩，动态转矩随连续运行频率的上升而下降。0161284123M（Nm）f（x103Hz）2023/1/737数控技术二、步进电机及其驱动装置(5)矩频特性与动态转矩016128三、直流伺服电机及调速伺服电机概述伺服电机将接收到的控制电压信导转换为角位移或角速度输出。改变控制电压的极性和大小，即可改变伺服电动机的转向和转速。第三节进给伺服驱动系统2023/1/738数控技术三、直流伺服电机及调速伺服电机概述第三节进给伺服驱动系统三、直流伺服电机及调速伺服电机的特性：

(1)无自转现象。有控制电压时，伺服电机应迅速作出反应、完成执行任务；无控制信号时，应立即停止转动。(2)调速范围宽。当控制电压在较大范围内变化时，电机的转速也要在较大的范围内连续可调。2023/1/739数控技术三、直流伺服电机及调速伺服电机的特性：2023/1/739数三、直流伺服电机及调速(3)机械特性和调节特性的线性度好。机械特性：控制电压一定时，转速随转矩的变化关系。调节特性：电机转矩一定时，转速随电压的变化关系。(4)快速响应。伺服电机的转动惯量较小，电机的转速能随控制电压的改变而迅速变化。20世纪80~90年代中期，永磁式直流伺服电机在NC机床中广泛采用。2023/1/740数控技术三、直流伺服电机及调速(3)机械特性和调节特性的线性度三、直流伺服电机及调速2.直流伺服电动机的工作原理直流伺服电动机与普通直流他励电动机在原理上相似。伺服电机容量小，可采用永久磁铁磁极，不需要直流励磁绕组。2023/1/741数控技术三、直流伺服电机及调速2.直流伺服电动机的工作原理2023三、直流伺服电机及调速直流电动机的工作原理2023/1/742数控技术三、直流伺服电机及调速直流电动机的工作原理2023/三、直流伺服电机及调速直流电机的结构定子、转子、换向器和电刷2023/1/743数控技术三、直流伺服电机及调速直流电机的结构2023/1/743数控三、直流伺服电机及调速3.直流伺服电动机的调速直流伺服电机的电压平衡方程:反电势(感应电势)Ce:电机常数，n:转速,Φ:磁通。IaEaRtURjIjUj2023/1/744数控技术三、直流伺服电机及调速3.直流伺服电动机的调速IaEaR三、直流伺服电机及调速调速方法:（1）改变电枢电压U；增加调压设备，由额点电压向下调节，调速范围大，是直流电机常用的调速方法；（2）改变磁通量Φ；调节Rj虽容易，但激磁回路电感大，调速快速性差，转速只能调高；电机转速：（3）在电枢回路中串联调节电阻Rt，则转速只能调低，电阻上的损耗大，不经济。2023/1/745数控技术三、直流伺服电机及调速调速方法:电机转速：（3）在电枢回路中三、直流伺服电机及调速4.大惯量直流伺服电机又称宽调速直流伺服电机，现代闭环数控系统中广泛使用。结构特点：激磁方式为永磁式，增大输出转矩的措施：其中：Ce：电机常数；p:磁极对数；N:电抠绕组总数;a:并联支路数。采用高性能的磁性材料；改善电极结构：增加槽数和槽的截面积，增加磁极对数p，使得并联支路对数a=1；2023/1/746数控技术三、直流伺服电机及调速4.大惯量直流伺服电机2023/1优点：低速时转矩大，过载倍数大（额定转矩10倍以上），时间长；惯量大，输出转矩大，可与丝杆直接相联。调速范围大：从0到1000～1500r/min。带有内装式高精度测速装置和位置检测元件（旋转变压器、脉冲编码盘等）；第三节进给伺服驱动系统三、直流伺服电机及调速2023/1/747数控技术优点：第三节进给伺服驱动系统三、直流伺服电机及调速202缺点：电机允许温度达150°以上，由于温升高，影响机床精度；因转子惯性大，电源容量以及机械传动件的刚度都需相应增大；电刷、维护不便。第三节进给伺服驱动系统三、直流伺服电机及调速2023/1/748数控技术缺点：第三节进给伺服驱动系统三、直流伺服电机及调速202由于直流伺服电机具有优良的调速性能，80年代初至90年代中，在要求调速性能较高的场合，直流伺服电机调速系统的应用一直占据主导地位。但其却存在一些固有的缺点。交流伺服电机则没有上述缺点。特别是在同样体积下，交流伺服电机的输出功率比直流电机提高10%～70%，且可达到的转速比直流电机高。第三节进给伺服驱动系统四、交流伺服电机及调速2023/1/749数控技术由于直流伺服电机具有优良的调速性能，80年代初至90年四、交流伺服电机及调速第三节进给伺服驱动系统交流电机交流感应电机（异步电机）：结构简单，容量大、价格低，一般用作主运动的驱动电机交流同步电机1、分类2023/1/750数控技术四、交流伺服电机及调速第三节进给伺服驱动系统交流电机交流四、交流伺服电机及调速交流异步电机原理n0nFFNS感应电动势由右手定则确定；电磁力由左手定则确定。2023/1/751数控技术四、交流伺服电机及调速交流异步电机原理n0nFFNS感应电动四、交流伺服电机及调速三相异步电机中，定子铁心的绕组通入三相电流：转差率：s=(n0-n)/n0转速：n=60f(1-s)/p2023/1/752数控技术四、交流伺服电机及调速三相异步电机中，定子铁心的绕组通入三相四、交流伺服电机及调速交流同步电机原理转速：n=n0=60f/p2023/1/753数控技术四、交流伺服电机及调速交流同步电机原理转速：n=n0=60f四、交流伺服电机及调速第三节进给伺服驱动系统编码器转子(永磁体)定子绕组线圈接线合电机轴交流同步伺服电机结构2023/1/754数控技术四、交流伺服电机及调速第三节进给伺服驱动系统编码器转子(.交流伺服电机的速度控制单元

交流伺服电机转速n调速的理论基础第三节进给伺服驱动系统、交流伺服电机及调速调节f即可改变转速，但：结论：交流伺服电机变频调速的关键是要获得可调频调压的交流电源。f:电源频率；s:转速的差滑率；p:电机的极对数2023/1/755数控技术.交流伺服电机的速度控制单元交流伺服电机转速n调速的调频调压电源的分类

电机变频调速的方法：相位控制；矢量变换控制；PWM控制；磁场控制；第三节进给伺服驱动系统四、交流伺服电机及调速电压型电流型交－直－交（间接式）交－交（直接式）变频器2023/1/756数控技术调频调压电源的分类第三第三节进给伺服系统的位置检测装置、概述组成：检测元件（传感器）、信号处理装置；作用：实时测量执行部件的位移和速度，变换成位置控制单元所要求的信号形式；将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环、半闭环控制。闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。第四章进给伺服系统2023/1/757数控技术第三节进给伺服系统的位置检测装置、概述第四章进给一、概述进给伺服系统对位置测量装置的要求高可靠性和高抗干扰性：受温度、湿度的影响小，工作可靠，精度保持性好，抗干扰能力强；能满足精度和速度的要求：分辨率应高于数控机床的分辨率（一个数量级）；最高允许的检测速度应高于数控机床的最高运行速度。先进水平：1μm/240m/min，0.1μm/24m/min，最高分辨率：0.01μm使用维护方便，适应机床工作环境；成本低。第二节位置检测装置2023/1/758数控技术一、概述进给伺服系统对位置测量装置的要求第二节位置.位置检测装置的分类按输出信号的形式分类：数字式和模拟式数字式：用数字表示被测量，可直接送至数控装置处理和显示。光栅检测装置、脉冲编码器；结构简单、位移脉冲信号抗干扰能力强。模拟式：用连续变量表示被测量，如电压的幅值、相位变化。旋转变压器、感应同步器可直接发送至数控系统与指令电压比较，也可变换成数字脉冲信号，再送至数控系统比较和显示。第二节位置检测装置一、概述2023/1/759数控技术.位置检测装置的分类按输出信号的形式分类：数字式和模拟第二节位置检测装置按测量基点的类型分类：增量式和绝对式增量式测量位移增量，并用数字脉冲的个数表示位移；位移量为累加值，一旦某处测量有误，后续量都有误；加工中因故障停机，检修后回停机前位置，须回起始位置，再计算起点到停机位置的距离。光栅、脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁栅。绝对式测量被测部件绝对位置，转换成脉冲数字信号后输出；绝对式脉冲编码盘，三速式脉冲编码盘；结构复杂，分辨率和测量范围受一定限制。一、概述2023/1/760数控技术第二节位置检测装置按测量基点的类型分类：增量式和绝对第二节位置检测装置按位置检测元件的安装部位：直接型和间接型直接型安装在执行部件上，直接测量直线位移量；构成闭环伺服系统；直线光栅、直线感应同步器、磁栅、激光干涉仪等；间接型安装在执行部件前的传动元件或驱动电机上，测量角位移，经过传动比换算得到直线位移；构成半闭环伺服系统；旋转变压器、圆光栅、圆感应同步器等。一、概述2023/1/761数控技术第二节位置检测装置按位置检测元件的安装部位：直接型和.感应同步器感应同步器的结构及分类结构sincos节距2τ（2mm）节距（0.5mm）绝缘粘胶铜箔铝箔耐切削液涂层基板(钢、铜)定尺滑尺第二节位置检测装置2023/1/762数控技术.感应同步器感应同步器的结构及分类sincos节距2τ分类第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/763数控技术分类第二节位置检测装置.感应同步器202感应同步器的工作原理.

原理类似于异步电机，滑尺移动时，定尺绕组中的感应电压发生变化，检测感应电压的变化，可得到执行部件的位移量。第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/764数控技术感应同步器的工作原理.原理类似于异步电机，滑尺移动US感应同步器的工作原理第二节位置检测装置U0U0θ1USUSUSUS定尺滑尺.感应同步器θ12023/1/765数控技术US感应同步器的工作原理第二节位置检测装置U0U感应同步器的信号处理原理滑尺正弦绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为：

Uos=KUScosθ1滑尺余弦绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为：

Uoc=KUccos（θ1+π/2）=－KUcsinθ1第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/766数控技术感应同步器的信号处理原理滑尺正弦绕组上加激磁电压Us后，与滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、Uc时，根据叠加原理，则与之相耦合的定尺绕组上的总感应电压为：

Uo=Uos+Uos=KUScosθ1－KUcsinθ1K—电磁感应系数

θ1—定尺绕组上的感应电压的相位角第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/767数控技术滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、Uc时，根据叠加原理滑尺与定尺相对位移量x的求取：∵2τ:2π=x:θ1∴x=τθ1／π结论：相对位移量x与相位角θ1呈线性关系，只要能测出相位角θ1，就可求得位移量x。根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压Us、Uc供电方式的不同可构成不同检测系统——-鉴相型系统和鉴幅型系统。第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/768数控技术滑尺与定尺相对位移量x的求取：第二节位置鉴相型系统的工作原理在鉴相型系统中，激磁电压是频率、幅值相同，相位差为π/2的交变电压：

US=UmsinωtUC=Umcosωt则：Uo=Uos+Uos=KUScosθ1－KUcsinθ1

=KUmsinωtcosθ1－KUmcosωt

sinθ1

=KUmsin（ωt－θ1）结论：只要能测出Uo与US相位差θ1，就可求得滑尺与定尺相对位移量x。第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/769数控技术鉴相型系统的工作原理在鉴相型系统中，激磁电压是频率鉴幅型系统的工作原理在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不同的交变电压：

US=UmsinasinωtUC=Umcosasinωta角可变，称为电气角；

Uo=Uos+Uos=KUScosθ1－KUcsinθ1=KUmsinacosθ1sinωt－KUmcosasinωtsinθ1=KUmsin（a－θ1）sinωt结论：只要能测出Uo与US相位差θ1，就可求得滑尺与定尺相对位移量x。第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/770数控技术鉴幅型系统的工作原理在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相感应同步器的特点及使用注意事项特点精度高；对环境的适应能力强：抗湿、温度、热变形影响的能力强；维护简单、寿命长：非接触测量，无磨损，精度保持性好。第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/771数控技术感应同步器的特点及使用注意事项特点第二节位置测量距离长：通过接长可满足大行程测量的要求。…………………………串联方式n<10串并联方式n≥10第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/772数控技术测量距离长：通过接长可满足大行程测量的要求。……使用注意事项在安装方面：保证安装精度（安装面的精度、定尺与滑尺的相对位置精度、接缝的调整精度）加装防护装置（避免切屑、油污、灰尘的影响）第二节位置检测装置.感应同步器2023/1/773数控技术使用注意事项第二节位置检测装置.感应同步器.脉冲编码器脉冲编码器又称码盘，是一种回转式数字测量元件。根据内部结构和检测方式码盘可分为接触式、光电式和电磁式3种。光电码盘在数控机床上应用较多，由霍尔效应构成的电磁码盘则可用作速度检测元件。它可分为绝对式和增量式两种。第二节位置检测装置2023/1/774数控技术.脉冲编码器脉冲编码器又称码盘，是一种回转式数字测量元件.增量脉冲编码器结构及工作原理信号处理装置abz圆光栅透镜光源光敏元件透光狭缝指示光栅节距τ(m+1/4)τ第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/775数控技术.增量脉冲编码器结构及工作原理信号处理装置abz信号处理装置abz节距τm+τ/4.脉冲编码器AAa2023/1/776数控技术信号处理装置abz节距τm+τ/4.脉冲编码器AAa20光敏元件把光信号转换成电信号，通过信号处理装置的整形、放大等处理后输出,输出的波形有六路。AB90°Z……码盘转一圈第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/777数控技术光敏元件把光信号转换成电信号，通过信号处理装置的整形、放输出信号的作用及其处理

A、B两相的作用根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；根据脉冲的频率可得被测轴的转速；根据A、B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向。AB90O第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/778数控技术输出信号的作用及其处理A、B两相的作用AB90O第二

Z相的作用被测轴的旋转圈数记数信号。被测轴的周向定位基准信号；Z……码盘转一圈.脉冲编码器第二节位置检测装置2023/1/779数控技术Z相的作用Z……码盘转一圈.脉冲编码器第二节增量式码盘的规格及分辨率规格增量式码盘的规格是指码盘每转一圈发出的脉冲数；常用的规格有2,000p/r,

2,500p/r,

3,000p/r；高分辨率：

20,000p/r,

25,000p/r,

30,000p/r,

10万p/r。选择：①伺服系统要求的分辨率；②滚珠丝杠的导程。分辨率（分辨角）α设增量式码盘的规格为np/r：第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/780数控技术增量式码盘的规格及分辨率规格第二节位置检.绝对式编码器绝对角度位移检测装置；输出信号为某种规律的数码信号；位移量要用起点和终点的数码信号运算后得到；有接触式、光电式和电磁式，常用的为光电式。第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/781数控技术.绝对式编码器绝对角度位移检测装置；第二节位置光电式编码盘结构和原理有光源、编码盘、光电元件等，主要零件位编码盘；码盘基片上有多圈码道，且每码道的刻线数相等；对应每圈都有光电传感器；输出信号的路数与码盘圈数成正比；检测信号按某种规律编码输出，故可测得被测轴的周向绝对位置。010111100110011110001001101010111100110111110000000100100011010023222120第二节位置检测装置三.脉冲编码器2023/1/782数控技术光电式编码盘结构和原理010111100编码方式及特点二进制编码：特点：编码循序与位置循序相一致，但误读几率较大。分析：01011110011001111000100110101011110011011111000000010010001101001111100023222120第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/783数控技术编码方式及特点0101111001100格雷码（循环码、葛莱码）任何两个编码之间只有一位是变化的，因而可把误差控制在最小单位上。但编码与位置循序无直接规律。111100011101110001000101011101100010001100001000100110111010111023222120第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/784数控技术格雷码（循环码、葛莱码）111100011格雷码的编码方法它是从二进制码转换而来的，转换规则为：将二进制码与其本身右移一位后并舍去末位的数码作不进位加法，得出的结果即为格雷码。例题：将二进制码0101转换成对应的格雷码：第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/785数控技术格雷码的编码方法第二节位置检测装置.脉冲编码器2绝对式码盘的规格及分辨率规格绝对式码盘的规格与码盘码道数n有关；现在市场上提供从4道到18道都有；选择：①伺服系统要求的分辨率；②考虑机械传动系统的参数。分辨率（分辨角）α设绝对式码盘的规格n道：

第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/786数控技术绝对式码盘的规格及分辨率规格第二节位置检测装置.光电编码器的特点非接触测量，无接触磨损，码盘寿命长，精度保证性好；允许测量转速高，精度较高；光电转换，抗干扰能力强；体积小，便于安装，适合于机床运行环境；结构复杂，价格高，光源寿命短；码盘基片为玻璃，抗冲击和抗震动能力差。第二节位置检测装置.脉冲编码器2023/1/787数控技术.光电编码器的特点非接触测量，无接触磨损，码盘寿命长，精度第四节典型进给伺服系统一.开环进给伺服系统(Open-LoopSystem)不带位置测量反馈装置的系统；驱动电机为步进电机；主要用于经济型数控或普通机床的数控化改造。A’相、B’相C’相、…A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大步进电机第四章进给伺服系统2023/1/788数控技术第四节典型进给伺服系统一.开环进给伺服系统(Op.步进电机开环系统的传动计算目的：计算选择合适的参数以满足脉冲当量和进给速度F的要求。图中：f—脉冲频率（HZ）α—步距角（度）

Z1、Z2—传动齿轮齿数

t—螺距(mm)

—脉冲当量（mm）步进电机Z1Z2tf，第四节典型进给伺服系统一.开环进给伺服系统2023/1/789数控技术.步进电机开环系统的传动计算目的：计算选择合适的参数以满传动比选择：传动比i=Z1/Z2与α、、t之间有如下关系：例：=0.01mmt=6mmα=0.75°一.开环进给伺服系统第四节典型进给伺服系统2023/1/790数控技术传动比选择：一.开环进给伺服系统第四节典型进给速度F：一般步进电机：若：δ=0.01mm则：若δ=0.001mm则：因此，当一定时，与δ成正比，故我们在谈到步进电机的最高速度时，都应指明是在多大的脉冲当量δ下的。一.开环进给伺服系统第四节典型进给伺服系统2023/1/791数控技术进给速度F：一.开环进给伺服系统第四节典型.提高步进电机开环伺服系统传动精度的措施影响步进电机开环系统传动精度的因素：步进电机的步距角精度；机械传动部件的精度；丝杆等机械传动部件、支承的传动间隙；传动件和支承件的变形。第四节典型进给伺服系统一.开环进给伺服系统2023/1/792数控技术.提高步进电机开环伺服系统传动精度的措施影响步进电机开传动间隙补偿最初的反向脉冲消除间隙；测量传动机构间隙，存放在数控系统的间隙补偿单元；反向运动时，数控系统自动将补偿值加到进给指令中。

螺矩误差补偿采用补偿电路或软件补偿的方法，补偿滚珠丝杆的螺矩累积误差；首先测量出进给丝杠螺距全行程的位移误差曲线；在累积误差达到一个脉冲当量的位置处，用硬件或软件方法发出一个正或负的脉冲，使步进电机多走或少走，校正误差。一.开环进给伺服系统第四节典型进给伺服系统2023/1/793数控技术传动间隙补偿一.开环进给伺服系统第四节典型进给.闭环、半闭环进给伺服系统闭环进给伺服系统的实现方案分类按系统的控制信号类型分：模拟型系统、数字型系统模拟型系统：特征：这类系统输入信号、输出的位置、速度信号也是模拟量；速度和位置检测元件也是模拟式的。第四节典型进给伺服系统2023/1/794数控技术.闭环、半闭环进给伺服系统闭环进给伺服系统的实现方案特点：抗干扰能力强，不会因误差导致致命的误动作。可用常规仪器仪表直接读取信息，易于随时把握系统工作的基本情况。对弱信号信噪分离困难，控制精度的提高受到限制。在零点附近容易受到温度漂移的影响，使位置控制产生漂移误差。位置、速度调节器的结构和参数调整困难，适应负载变化的能力较差。模拟系统这种本质缺陷，使它很难满足高精度位置伺服控制的要求，目前已逐渐被数字伺服系统所取代。第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/795数控技术特点：第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺

数字型系统：特征：这类系统是指至少其位置环控制与调节采用数字控制技术，即位置指令和反馈信号都不再是模拟信号改用数字信号的系统。第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/796数控技术数字型系统：第四节典型进给伺服系统.闭环特点：对逻辑电平以下的漂移、噪声不予响应，零点定位精度可以得到充分保证。可以增加数字信息的位长，以满足要求的控制精度。由于采用软件控制，易对结构和参数修改（如反向间隙、丝杠精度补偿），易与计算机进行数据交换。若数据受干扰出错，这种错误可能导致系统致命的误操作。抑制干扰、防止数据出错，是数字伺服系统设计成功的关键。第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/797数控技术特点：第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺.数字伺服系统的类型第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/798数控技术.数字伺服系统的类型第四节典型进给伺服系统.全硬件伺服系统全硬件伺服系统典型的组成方式如图所示：_

NC装置－F/V偏差计数器D/A速度控制与驱动单元A、B、Z++_++－整形.倍频.辨向工作台PG电机Z第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/799数控技术全硬件伺服系统_NC装置－F/V偏差D/A速度控制柔性差：系统全由硬件构成，各调节器参数固定。零漂将影响精度：这类系统依靠D/A，将位置调节输出的数字量转化成模拟电压作速度指令信号，其零点漂移将影响定位精度。第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/7100数控技术柔性差：系统全由硬件构成，各调节器参数固定。第四节典半软件型伺服系统这种系统的位置控制采用软件实现，速度控制仍采用硬件实现，系统组成如图所示：第四节典型进给伺服系统+调节运算零漂补偿硬件速度控制与驱动单元D/A软件位置控制ZA、BD0-++-F/V倍频计数器工作台PG电机+DAV1△SV0U0UA△D△U实际位置计算△DA指令位置计算△D0/nZ.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/7101数控技术半软件型伺服系统第四节典型进给伺服系统+调节运位置控制的软件现可以由NC装置的CPU实现，也可以由位置控制模块自带的CPU实现。位置控制的调节运算部分由软件实现：调节器的参数容易修改；调节算法可采用较复杂的算法，以提高控制性能可增加许多辅助功能（故障诊断、脉冲当量变换等）零点漂移可通过软件进行补偿。第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/7102数控技术位置控制的软件现可以由NC装置的CPU实现，也可以由位置控制由于这种系统的速度单元仍是模拟型的，全硬件型系统中存在的问题同样存在。由于利用软件采用一些补偿措施，这就使得位置控制精度和控制性能要高于全硬件型的位置伺服系统。第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/7103数控技术由于这种系统的速度单元仍是模拟型的，全硬件型系统中存在的问题全软件位置伺服系统这种系统是指除电流环仍为模拟结构外，位置、速度控制均由微机通过控制软件来实现，系统组成如图所示：

NC系统微机位置、速度控制(D/A输出)模拟电流控制与功放整形.信频.辨向A、BZ工作台PG电机第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/7104数控技术全软件位置伺服系统NC系统微机模拟电流整形.信频.辨由于该系统工作可靠，结构紧凑，控制性能也优于前述两种系统，在80年代中期以来逐渐占据了位置伺服系统主导地位，成为位置伺服系统的首选方案。第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/7105数控技术第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统

NC装置单片微机位置速度电流控制(PWM输出)晶体管放大器电流检测整形.信频.辨向A.B工作台PG电机全数字位置伺服系统全数字、采用脉宽调制（PWM——pulsewidthmodulation）控制的位置伺服系统如下图所示。第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/7106数控技术NC装置单片微机晶体管电流检测整形.信频.辨向A.B工作系统的所有控制调节全部由软件完成，直接输出逻辑电平的脉宽调制控制信号，驱动功率晶体管放大器，对伺服电机进行控制。调节器的全部软件化使控制理论中的许多控制思想和手段，包括经典的、现代的、智能的等新型的控制方法都可以方便地引进来。第四节典型进给伺服系统.闭环、半闭环进给伺服系统2023/1/7107数控技术系统的所有控制调节全部由软件完成，直接输出逻辑电平的脉宽调制第四章进给伺服系统内容提要本章将详细讨论进给伺服系统的软件硬件结构；进给伺服系统基本功能的原理及实现方法。第四章进给伺服系统2023/1/7108数控技术第四章进给伺服系统内容提要第四章进给伺服系统20第一节概述.进给伺服系统的定义及组成.定义：进给伺服系统(FeedServoSystem)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。第四章进给伺服系统2023/1/7109数控技术第一节概述.进给伺服系统的定义及组成第四章2.组成：伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检测装置、机械传动机构、执行部件。3.作用：接收数控装置发出的位移和速度指令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴架等执行部件进行工作进给和快速进给。一、进给伺服系统的定义及组成第一节概述2023/1/7110数控技术2.组成：伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检测装置二、进给伺服系统的技术要求调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内)调速范围：一般数控机床：1mm/min~24m/min，1:24,000先进数控机床：0~240m/min稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。第一节概述2023/1/7111数控技术二、进给伺服系统的技术要求调速范围要宽且要有良好的稳定性(在输出位置精度要高定位精度和重复定位精度要高。定位精度：它是指数控机床各移动轴在确定的终点所能达到的实际位置精度，其误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等的误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。它将直接影响零件加工的精度。二、NC机床对数控进给伺服系统的要求第一节概述2023/1/7112数控技术输出位置精度要高二、NC机床对数控进给伺服系统的要求第重复定位精度：它是指在数控机床上，反复运行同一程序代码，所得到的位置精度的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是一项非常重要的精度指标。二、NC机床对数控进给伺服系统的要求第一节概述2023/1/7113数控技术重复定位精度：它是指在数控机床上，反复运行同一程序代码，所得（一）数控机床的精度

机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。

一台机床的重复定位精度达到0.005mm(ISO标准、统计法)，就是一台高精度机床；在0.005mm以下，超高精度机床（轴承、丝杠）。2023/1/7114数控技术（一）数控机床的精度

机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精3、机床精度体系：目前我们国家承认的有：德国VDI标准、美国NMTBA标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。4、

加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。2023/1/7115数控技术3、机床精度体系：目前我们国家承认的有：德国VDI标准、美国（二）定位精度和重复定位精度简介定位精度：是指机床各坐标轴在数控装置控制下运动所能达到的位置精度。重复定位精度：是指数控机床的运动部件在同样条件下在某点定位时，定位误差的离散度大小。2023/1/7116数控技术（二）定位精度和重复定位精度简介2023/1/79数控技术加工中心的定位精度1980年代是0.01～0.02毫米；在1990年代末，定位精度国际上是5～8微米；重复定位精度在5微米以下，一般是2～4微米。2023/1/7117数控技术加工中心的定位精度1980年代是0.01～0.02毫米；202、ISO的规定（1）重复定位精度-3δ+3δ重复定位精度轴轴重复定位精度反向误差±3δ可以覆盖实际中99.73%的位置分布目标点单向测试至少测5次；建议双向。2023/1/7118数控技术2、ISO的规定-3δ+3δ重复定位精度轴轴重复定位精度反向平均发生偏移波动（散布）大平均发生偏移波动（散布）小平均没有偏移波动（散布）大平均没有偏移波动（散布）小Bad!Good!2023/1/7119数控技术平均发生偏移平均发生偏移平均没有偏移平均没有偏移91110Sigma(标准差)=

(-x)2N2023/1/7120数控技术91110Sigma(标准差)=(-x2023/1/7121数控技术2023/1/714数控技术（2）定位精度在运动轴上建立一些目标点，每1～2m5个点，再长则增加；定位精度轴轴定位精度2023/1/7122数控技术（2）定位精度定位精度轴轴定位精度2023/1/715数控技2、机床精度标准指标ISO标准德VDI标准美NMTBA标准日JIS标准目标点数每1～2m5个，再长增加取决于轴长，最少5个不定义每50~1000mm一个点，再100mm目标接近点次数单向至少5次单向每米10次最少7次单向1次计定位精度；7次计重复精度定位精度+3δ与-3δ极限值的最大差无此指标定义为精度实际位置与目标的最大差值重复精度发散度的最大值与ISO相近与ISO相近最大发散度除以22023/1/7123数控技术2、机床精度标准指标ISO标准德VDI标准美NMTBA标准日2、各标准特点（1）美国NMTBA标准：与ISO非常相近；单向测量；精度与轴长有关；以正负值反映精度。2023/1/7124数控技术2、各标准特点2023/1/717数控技术（2）德国VDI标准：与ISO相近；最复杂的一种标准，其中一些指标须仔细分析；定位精度分成四部分，定位不确定性最相近于ISO种的定位精度；2023/1/7125数控技术（2）德国VDI标准：2023/1/718数控技术（3）日本JIS标准：与ISO相差较远；比前三种精度标准简单，远不如这些标准准确；定位精度一次往返测量，是目标点与实际点之间的偏差，不考虑±3δ分布；重复精度为测量的最大分散度除以2，前加±号；测量结果感觉比其它标准的精度都高，数值比为1：2。2023/1/7126数控技术（3）日本JIS标准：2023/1/719数控技术负载特性要硬当负载变化时，输出速度应基本不变。即△F尽可能小；当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振荡。即△t尽可能短；应有足够的过载能力。这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。tF△t△F第一节概述二、NC机床对数控进给伺服系统的要求2023/1/7127数控技术负载特性要硬tF△t△F第一节概响应速度快且无超调达到最大稳态速度的时间tp

应尽可能短。通常要求从0→Fmax（Fmax→0），其时间应小于200ms，否则对机械部件不利，加工质量下降。tFtp第一节概述二、NC机床对数控进给伺服系统的要求2023/1/7128数控技术响应速度快且无超调tFtp第一节概反向死区小、频繁启停和正反运动。系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。

综上所述：对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。第一节概述二、NC机床对数控进给伺服系统的要求2023/1/7129数控技术反向死区小、频繁启停和正反运动。第一节开环进给伺服系统驱动装置：步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达；控制指令脉冲的数量、频率、及通电顺序，即可执行部件的位移、速度和运动方向；精度低，定位精度±0.02mm，采取补偿措施可达±0.01mm；速度低，脉冲当量在0.01mm时，不超过5m/min;第一节概述三、开环和闭环进给伺服系统2023/1/7130数控技术开环进给伺服系统第一节概述三、开结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低廉，用于精度要求不高的场合；20世纪70年代曾经得到了广泛的应用。第一节概述三、开环和闭环进给伺服系统2023/1/7131数控技术结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低廉，用于精度要求不高2.闭环和半闭环进给伺服系统驱动装置：直流或交流伺服电机、电液伺服马达；控制指令脉冲的数量、频率、及通电顺序，即可执行部件的位移、速度和运动方向；精度高，定位精度±0.005～0.01mm，先进水平可达±0.1μm；进给速度，一般可达1～30m/min;第一节概述三、开环和闭环进给伺服系统2023/1/7132数控技术2.闭环和半闭环进给伺服系统第一节概第二节伺服电机及其调速、概述驱动系统的速度指令经变换和放大后，作为伺服电机的输入量，使电机以一定的速度角位移或直线位移。电机：它提供执行部件运动所需的动力，在数控机床上目前常用的电机有：步进电机直流伺服电机（20世纪70年代和中期）交流伺服电机直线电机。第四章进给伺服系统2023/1/7133数控技术第二节伺服电机及其调速、概述第四章进、步进电机及其驱动装置二、步进电机步进电机流行于70年代，该系统结构简单、控制容易、维修方面。目前仍有相当的市场。用于小容量、低速、精度要不高的场合，如经济型数控；打印机、绘图机等计算机的外部设备。第三节进给伺服驱动系统2023/1/7134数控技术、步进电机及其驱动装置二、步进电机第三节进给伺服驱动系统伺服驱动1、步进电机的种类和结构分类方式具体类型按力矩产生原理（1）反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行（2）激磁式：定、转子均有激磁绕组（或转子用永久磁钢），由电磁力矩实现步进运行按输出力矩大小（1）伺服式：输出力矩在百分之几到十分之几（N.m）（2）功率式:输出力矩在5~50N.m以上，可直接驱动机床工作台等较大负载按定子数（1）单定子式（2）双定子式（3）三定子式（4）多定子式按各相绕组分布（1）径向分相式：电机各相按圆周依次排列（2）轴向分相式：电机各相按轴向依次排列2023/1/7135数控技术伺服驱动1、步进电机的种类和结构分类方式具体类型（1）反应式、步进电机及其驱动装置步进电机的结构第三节进给伺服驱动系统定子铁心上每个齿有5个小齿；转子上有40个齿，相邻两齿的齿距角为9度；2023/1/7136数控技术、步进电机及其驱动装置步进电机的结构第三节进给伺服驱动系、步进电机及其驱动装置三相定子磁极上的小齿在空间上依次错开1／3齿距角。转子齿和A向磁极对齐时，B相磁极小齿沿反时针超前转子齿1/3齿距角；C相磁极小齿沿反时针超前转子齿2/3齿距角.2023/1/7137数控技术、步进电机及其驱动装置三相定子磁极上的小齿在空间上依次错开1、步进电机及其驱动装置2.步进电机的工作原理电磁铁的作用原理；三相单三拍通电方式A→B→C→A→…A→C→B→A→…定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过3度。三相六拍A→AB→B→BC→C→CA→A→…2023/1/7138数控技术、步进电机及其驱动装置2.步进电机的工作原理电磁铁的作用原、步进电机及其驱动装置结论步进电机定子绕阻的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步矩角α；改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快；步进电机的步矩角α与定子绕组相数m、通电方式k（m相m拍时k=1,m相2m拍时k=2，N为定子绕组的相数）、转子的齿数z有关

：2023/1/7139数控技术、步进电机及其驱动装置结论2023/1/732数控技术二、步进电机及其驱动装置3．步进电机的主要特性(1)步距角和静态步距误差。步进电机的步距角。是决定开环伺服系统脉冲当量的重要参数，常见的反应式步进电机的步距角一般为0.5°～3°，步距角越小，加工精度越高。静态步距误差。理论的步距角和实际的步距角之差，一般在10‘之内。主要由步进电机齿距制造误差，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的。2023/1/7140数控技术二、步进电机及其驱动装置3．步进电机的主要特性2023/1/二、步进电机及其驱动装置（2）启动频率fq：空载时，步进电机由静止突然启动，并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率。若启动时频率大于突跳频率，步进电机就不能正常启动。fq与负载惯量有关，随着负载惯量的增长而下降。空载启动时，步进电机定子绕组通电状态频率的变化不能高于该突跳频率。2023/1/7141数控技术二、步进电机及其驱动装置（2）启动频率fq：空载时，步进电二、步进电机及其驱动装置

(3)连续运行的最高工作频率fmax。步进电机连续运行时，保证不丢步运行的极限频率fmax，称为最高工作频率。它决定定子绕组通电状态最高的变化频率，并决定了步进电机的最高转速。2023/1/7142数控技术二、步进电机及其驱动装置(3)连续运行的最高工作频率fma二、步进电机及其驱动装置（4）加减速特性：由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程，定子绕组通电状态变化的频率与时间的关系。用加速时间常数Ta和Tb描述其加减速特性。工作f0.632f2023/1/7143数控技术二、步进电机及其驱动装置（4）加减速特性：由静止到工作频率和二、步进电机及其驱动装置(5)矩频特性与动态转矩矩频特性M＝F(f)，描述步进电机连续稳定运行时，输出转矩与输入频率之间的关系，如下图所示。该特性上每一个频率对应的转矩称为动态转矩，动态转矩随连续运行频率的上升而下降。0161284123M（Nm）f（x103Hz）2023/1/7144数控技术二、步进电机及其驱动装置(5)矩频特性与动态转矩016128三、直流伺服电机及调速伺服电机概述伺服电机将接收到的控制电压信导转换为角位移或角速度输出。改变控制电压的极性和大小，即可改变伺服电动机的转向和转速。第三节进给伺服驱动系统2023/1/7145数控技术三、直流伺服电机及调速伺服电机概述第三节进给伺服驱动系统三、直流伺服电机及调速伺服电机的特性：

(1)无自转现象。有控制电压时，伺服电机应迅速作出反应、完成执行任务；无控制信号时，应立即停止转动。(2)调速范围宽。当控制电压在较大范围内变化时，电机的转速也要在较大的范围内连续可调。2023/1/7146数控技术三、直流伺服电机及调速伺服电机的特性：2023/1/