第4章伺服驅(qū)動系統(tǒng)

1、第第4章伺服驅(qū)動章伺服驅(qū)動 系統(tǒng)系統(tǒng)本章概述本章概述 本章首先介紹了伺服系統(tǒng)的組成、工作原理和分類，其次就本章首先介紹了伺服系統(tǒng)的組成、工作原理和分類，其次就檢側(cè)元件這一內(nèi)容重點講了幾種常用的檢側(cè)裝置，最后介紹檢側(cè)元件這一內(nèi)容重點講了幾種常用的檢側(cè)裝置，最后介紹了幾種常用的伺服執(zhí)行元件。了幾種常用的伺服執(zhí)行元件。教學目標教學目標1.1.掌握伺服系統(tǒng)的組成，理解其工作原理，掌握其分類掌握伺服系統(tǒng)的組成，理解其工作原理，掌握其分類2.2.知道幾種常用的檢側(cè)裝置。知道幾種常用的檢側(cè)裝置。3.3.明確幾種常用的伺服執(zhí)行元件的分類和優(yōu)缺點明確幾種常用的伺服執(zhí)行元件的分類和優(yōu)缺點。下一頁第第4章章 數(shù)控機

2、床的機械結(jié)構(gòu)數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述4.2 檢測元件檢測元件4.3 常用伺服執(zhí)行元件常用伺服執(zhí)行元件4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述在數(shù)控機床中，在數(shù)控機床中，CNCCNC系統(tǒng)經(jīng)過插補運算生成的進給脈沖或進給系統(tǒng)經(jīng)過插補運算生成的進給脈沖或進給位移量指令，被輸入到伺服系統(tǒng)，并由伺服系統(tǒng)經(jīng)變換和功位移量指令，被輸入到伺服系統(tǒng)，并由伺服系統(tǒng)經(jīng)變換和功率放大轉(zhuǎn)化為機床機械部件的位移。伺服系統(tǒng)是用來精確地率放大轉(zhuǎn)化為機床機械部件的位移。伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，又稱隨動系統(tǒng)。在很跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，又稱隨動系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指

3、被控制量多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量( (系統(tǒng)的輸出量系統(tǒng)的輸出量) )是機械位是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機械位移機械位移( (或轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)角) )準確地跟蹤輸入的位移準確地跟蹤輸入的位移( (或轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)角) )。4.1.14.1.1伺服系統(tǒng)的組成和工作原理伺服系統(tǒng)的組成和工作原理 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖圖4-14-1所示。這是一個雙閉所示。這是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)是由速度控環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)是由速度控制單元、速度檢測裝

4、置、速度反饋電路等組成。其中用作速制單元、速度檢測裝置、速度反饋電路等組成。其中用作速度反饋的檢測裝置為測速發(fā)電機、脈沖編碼器等。速度控制度反饋的檢測裝置為測速發(fā)電機、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個獨立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器單元是一個獨立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器及功率馭動放大器等部分組成。位置環(huán)由數(shù)控裝置中位置控及功率馭動放大器等部分組成。位置環(huán)由數(shù)控裝置中位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及位置反饋電路等部分組制模塊、速度控制單元、位置檢測及位置反饋電路等部分組成。位置控制主要是對機床運動坐標成。位置控制主要是對機床運動坐標軸進行控制，軸控制是軸進行控制，軸

5、控制是返回下一頁4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述要求最高的位置控制，不僅對單個軸的運動速度和位置精度的要求最高的位置控制，不僅對單個軸的運動速度和位置精度的控制有控制有嚴格要求，在多軸聯(lián)動時，還要求各移動軸有很好的動嚴格要求，在多軸聯(lián)動時，還要求各移動軸有很好的動態(tài)配合，才能保證加工效率、加工精度和表面粗糙度。態(tài)配合，才能保證加工效率、加工精度和表面粗糙度。圖圖4-14-1中速度環(huán)中的速度檢測裝置中速度環(huán)中的速度檢測裝置( (測速發(fā)電機測速發(fā)電機) )和速度反饋電和速度反饋電路組成反饋回路，可實現(xiàn)速度恒值控制。測速發(fā)電機和伺服電路組成反饋回路，可實現(xiàn)速度恒值控制。測速發(fā)電機和伺服電動機同步旋轉(zhuǎn)，

6、若因外負載增大而使伺服電動機的轉(zhuǎn)速下降，動機同步旋轉(zhuǎn)，若因外負載增大而使伺服電動機的轉(zhuǎn)速下降，則測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速也隨之下降，經(jīng)速度反饋電路，把轉(zhuǎn)速變則測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速也隨之下降，經(jīng)速度反饋電路，把轉(zhuǎn)速變化的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，傳送到速度控制單元，與輸入信號進化的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，傳送到速度控制單元，與輸入信號進行比較，比較后的差值信號經(jīng)放大后，產(chǎn)生較大的馭動電壓，行比較，比較后的差值信號經(jīng)放大后，產(chǎn)生較大的馭動電壓，使伺服電動機轉(zhuǎn)速上升，恢復到開始的調(diào)定轉(zhuǎn)速，從而使伺服使伺服電動機轉(zhuǎn)速上升，恢復到開始的調(diào)定轉(zhuǎn)速，從而使伺服電動機排除負載變動的干擾，維持轉(zhuǎn)速恒定不變。該原理圖中，電動機排除負載變動

7、的干擾，維持轉(zhuǎn)速恒定不變。該原理圖中，由速度反饋電路送出的轉(zhuǎn)速信號在速度控制單元中進行比較，由速度反饋電路送出的轉(zhuǎn)速信號在速度控制單元中進行比較，而由位置反饋電路送出的位置信號則是在位置控制模塊中進行而由位置反饋電路送出的位置信號則是在位置控制模塊中進行比較的。比較的形式也不相同，速度比較是通過硬件電路完成比較的。比較的形式也不相同，速度比較是通過硬件電路完成的，而位置比較是通過軟件實現(xiàn)。的，而位置比較是通過軟件實現(xiàn)。上一頁返回下一頁4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述4.1.24.1.2伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)的分類1.1.按使用的驅(qū)動元件分類按使用的驅(qū)動元件分類(1)(1)電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)

8、的執(zhí)行元件為液壓元件，其前電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為液壓元件，其前一級為電氣元件。驅(qū)動元件為液動機和液壓缸，常用的有電一級為電氣元件。驅(qū)動元件為液動機和液壓缸，常用的有電液脈沖電動機和電液伺服電動機。數(shù)控機床發(fā)展初期，多采液脈沖電動機和電液伺服電動機。數(shù)控機床發(fā)展初期，多采用電液伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)具有在低速下可以得到很高用電液伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)具有在低速下可以得到很高的輸出轉(zhuǎn)矩，以及剛性好、時間常數(shù)小、反應快、速度平穩(wěn)的輸出轉(zhuǎn)矩，以及剛性好、時間常數(shù)小、反應快、速度平穩(wěn)等優(yōu)點。然而，液壓系統(tǒng)需要油箱、油管等供油系統(tǒng)，體積等優(yōu)點。然而，液壓系統(tǒng)需要油箱、油管等供油系統(tǒng)，體積大。

9、此外，還有噪聲、漏油等問題，故從大。此外，還有噪聲、漏油等問題，故從2020世紀世紀7070年代起逐年代起逐漸被電氣伺服系統(tǒng)代替。只在具有特殊要求時，才采用電液漸被電氣伺服系統(tǒng)代替。只在具有特殊要求時，才采用電液伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)。下一頁上一頁返回4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述(2)(2)電氣伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)全部采用電子器件，操作維護電氣伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)全部采用電子器件，操作維護方便，可靠性高。電氣伺服系統(tǒng)中的馭動元件主要有步進電方便，可靠性高。電氣伺服系統(tǒng)中的馭動元件主要有步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。沒有液壓系統(tǒng)中動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。沒有液壓系統(tǒng)中的

10、噪聲、污染和維修費用高等問題，但反應速度和低速轉(zhuǎn)矩的噪聲、污染和維修費用高等問題，但反應速度和低速轉(zhuǎn)矩不如液壓系統(tǒng)高。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電動機的馭動線路不如液壓系統(tǒng)高。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電動機的馭動線路及電動機的結(jié)構(gòu)得到了改善，性能也大大提高。目前，電氣及電動機的結(jié)構(gòu)得到了改善，性能也大大提高。目前，電氣伺服系統(tǒng)已在大范圍內(nèi)取代了液壓伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)已在大范圍內(nèi)取代了液壓伺服系統(tǒng)。2.2.按進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類按進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類(1)(1)主軸伺服系統(tǒng)嚴格來說，一般的主軸控制只是一個速度控主軸伺服系統(tǒng)嚴格來說，一般的主軸控制只是一個速度控制系統(tǒng)。主要實現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)運動，提供切削過

11、程中的轉(zhuǎn)矩制系統(tǒng)。主要實現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)運動，提供切削過程中的轉(zhuǎn)矩和功率，且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，完成在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級和功率，且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，完成在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級變速。具有變速。具有C C軸控制的主軸與進給伺服系統(tǒng)一樣，為一般概念軸控制的主軸與進給伺服系統(tǒng)一樣，為一般概念的位置伺服控制系統(tǒng)。的位置伺服控制系統(tǒng)。上一頁 下一頁返回4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述(2)(2)進給伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)是使一般概念的伺服系統(tǒng)，它進給伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)是使一般概念的伺服系統(tǒng)，它包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。進給伺服系統(tǒng)完成各坐標軸包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。進給伺服系統(tǒng)完成各坐標軸的進給運動，具有定位

12、和輪廓跟蹤功能，是數(shù)控機床中要求的進給運動，具有定位和輪廓跟蹤功能，是數(shù)控機床中要求最高的伺服控制。最高的伺服控制。此外，刀庫的位置控制是為了在刀庫的不同位置選擇刀具，此外，刀庫的位置控制是為了在刀庫的不同位置選擇刀具，與進給坐標軸的位置控制相比，性能要低得多，故稱為簡易與進給坐標軸的位置控制相比，性能要低得多，故稱為簡易位置伺服系統(tǒng)。位置伺服系統(tǒng)。3.3.按控制方式分類按控制方式分類伺服系統(tǒng)按控制方式可分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種。開環(huán)伺服系統(tǒng)按控制方式可分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種。開環(huán)控制不需要位置檢測及反饋，半閉環(huán)、閉環(huán)控制需要位置反控制不需要位置檢測及反饋，半閉環(huán)、閉環(huán)控制需要位置反饋。

13、饋。上一頁下一頁返回4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)就是不具有任何反饋裝置的開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)就是不具有任何反饋裝置的伺服系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常用步進電動機作為執(zhí)行機構(gòu)。數(shù)控伺服系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常用步進電動機作為執(zhí)行機構(gòu)。數(shù)控裝置根據(jù)所要求的進給速度和進給位移，輸出一定頻率和數(shù)裝置根據(jù)所要求的進給速度和進給位移，輸出一定頻率和數(shù)量的進給指令脈沖，經(jīng)過馭動電路放大后，每一個進給脈沖量的進給指令脈沖，經(jīng)過馭動電路放大后，每一個進給脈沖馭動步進電動機旋轉(zhuǎn)一個步距角，再經(jīng)過傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成工馭動步進電動機旋轉(zhuǎn)一個步距角，再經(jīng)過傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成工作臺的一個當量位移。由于步進電動

14、機及馭動電路本身結(jié)構(gòu)作臺的一個當量位移。由于步進電動機及馭動電路本身結(jié)構(gòu)的緣故，步進電動機開環(huán)伺服系統(tǒng)的功率不能太大，電動機的緣故，步進電動機開環(huán)伺服系統(tǒng)的功率不能太大，電動機轉(zhuǎn)速也不能太高，一般正常工作轉(zhuǎn)速不超過轉(zhuǎn)速也不能太高，一般正常工作轉(zhuǎn)速不超過1 000 r/min1 000 r/min。開。開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，但精度差、低速不平穩(wěn)、環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，但精度差、低速不平穩(wěn)、高速轉(zhuǎn)矩小。一般用于輕載負載變化不大或經(jīng)濟型數(shù)控機床。高速轉(zhuǎn)矩小。一般用于輕載負載變化不大或經(jīng)濟型數(shù)控機床。圖圖4-24-2所示為開環(huán)伺服系統(tǒng)示意圖。所示為開環(huán)伺服系統(tǒng)示意圖。下一頁上一頁返回

15、4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述(2)(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)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)( (見見圖圖4-4-3 3) )。數(shù)控機床進給系統(tǒng)的誤差，是數(shù)控裝置輸出的位置指令。數(shù)控機床進給系統(tǒng)的誤差，是數(shù)控裝置輸出的位置指令和機床工作臺和機床工作臺( (或刀架或刀架) )實際位置的差值。閉環(huán)伺服系統(tǒng)需要實際位置的差值。閉環(huán)伺服系統(tǒng)需要有位置檢測裝置，檢測執(zhí)行元件運動的位置。該裝置測出執(zhí)有位置檢測裝置，檢測執(zhí)行元件運動的位置。該裝置測出執(zhí)行元件實際位移量或?qū)嶋H所處位置，并將測量值反饋給數(shù)控行元件實際位移量或?qū)嶋H所處位置，并將測量值反饋給數(shù)控裝置，與指令進行比較

16、，求得誤差，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。裝置，與指令進行比較，求得誤差，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。由于閉環(huán)伺服系統(tǒng)是反饋控制，反饋測量裝置精度很高，所由于閉環(huán)伺服系統(tǒng)是反饋控制，反饋測量裝置精度很高，所以系統(tǒng)傳動鏈誤差、環(huán)內(nèi)各元件誤差以及運動中造成的誤差以系統(tǒng)傳動鏈誤差、環(huán)內(nèi)各元件誤差以及運動中造成的誤差都可以得到補償，從而大大提高廠跟隨精度和定位精度。都可以得到補償，從而大大提高廠跟隨精度和定位精度。目目前，閉環(huán)系統(tǒng)的分辨率多為前，閉環(huán)系統(tǒng)的分辨率多為1um1um，定位精度可達士，定位精度可達士0. 010. 01一士一士0. 0. O5 mm;O5 mm;高精度系統(tǒng)分辨率可達高精度系統(tǒng)分辨率可達0.

17、 1 um0. 1 um。系統(tǒng)精度只取決于測。系統(tǒng)精度只取決于測量裝置的制造精度和安裝精度。量裝置的制造精度和安裝精度。上一頁 下一頁返回4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述(3)(3)半閉環(huán)系統(tǒng)位置檢測元件不直接安裝在進給坐標的最終運半閉環(huán)系統(tǒng)位置檢測元件不直接安裝在進給坐標的最終運動部件上動部件上( (見見圖圖4- 44- 4) ,) ,而是中間經(jīng)過機械傳動部件的位置轉(zhuǎn)而是中間經(jīng)過機械傳動部件的位置轉(zhuǎn)換，稱為間接測量，亦即坐標運動的傳動鏈有一部分在位置換，稱為間接測量，亦即坐標運動的傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外。在環(huán)外的傳動誤差沒有得到系統(tǒng)的補償，因而伺閉環(huán)以外。在環(huán)外的傳動誤差沒有得到系統(tǒng)的補

18、償，因而伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)是一致的，不同點只是閉環(huán)伺半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)是一致的，不同點只是閉環(huán)伺服系統(tǒng)環(huán)內(nèi)包括較多的機械傳動部件，傳動誤差均可得以補服系統(tǒng)環(huán)內(nèi)包括較多的機械傳動部件，傳動誤差均可得以補償，從理論上講精度可以達到很高。但由于受機械變形、溫償，從理論上講精度可以達到很高。但由于受機械變形、溫度變化、振動以及其他因素的影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性難以調(diào)整。度變化、振動以及其他因素的影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性難以調(diào)整。此外，機床運動一段時間后，由于機械傳動部件的磨損、變此外，機床運動一段時間后，由于機械傳動部件的磨損、變形及其他因素的改變，

19、容易使系統(tǒng)穩(wěn)定性改變，精度發(fā)生變形及其他因素的改變，容易使系統(tǒng)穩(wěn)定性改變，精度發(fā)生變化。因此，目前使用半閉環(huán)系統(tǒng)較多。只在傳動部件精密度化。因此，目前使用半閉環(huán)系統(tǒng)較多。只在傳動部件精密度高、性能穩(wěn)定、使用過程溫差變化不大的高精度數(shù)控機床上高、性能穩(wěn)定、使用過程溫差變化不大的高精度數(shù)控機床上才使用閉環(huán)伺服系統(tǒng)。才使用閉環(huán)伺服系統(tǒng)。上一頁 下一頁返回4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述4.4.按使用直流伺服電動機和交流伺服電動機分類按使用直流伺服電動機和交流伺服電動機分類(1)(1)直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)常用的伺服電動機有小慣量直直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)常用的伺服電動機有小慣量直流伺服電動機和永磁直

20、流伺服電動機流伺服電動機和永磁直流伺服電動機( (也稱為大慣量寬調(diào)速直也稱為大慣量寬調(diào)速直流伺服電動機流伺服電動機) )。小慣量直流伺服電動機最大限度地減少了電。小慣量直流伺服電動機最大限度地減少了電動機動機的轉(zhuǎn)動慣量，所以能獲得最好的快速性，在早期的數(shù)控的轉(zhuǎn)動慣量，所以能獲得最好的快速性，在早期的數(shù)控機床上應用較多，現(xiàn)在也有應用。小慣量直流伺服電動機一機床上應用較多，現(xiàn)在也有應用。小慣量直流伺服電動機一般都設(shè)計成有高的額定轉(zhuǎn)速和低的轉(zhuǎn)動慣量，應用時要經(jīng)過般都設(shè)計成有高的額定轉(zhuǎn)速和低的轉(zhuǎn)動慣量，應用時要經(jīng)過中間機械傳動中間機械傳動( (如齒輪副如齒輪副) )才能與才能與rr杠相連接。杠相連接。

21、永磁直流伺服電動機能在較大過載轉(zhuǎn)矩下長時間工作，并且永磁直流伺服電動機能在較大過載轉(zhuǎn)矩下長時間工作，并且電動機的轉(zhuǎn)子慣量較大，能直接與電動機的轉(zhuǎn)子慣量較大，能直接與rr杠相連而不需要中間傳杠相連而不需要中間傳動裝置。此外，它還有一個特點是可在低速下運轉(zhuǎn)，如能在動裝置。此外，它還有一個特點是可在低速下運轉(zhuǎn)，如能在1 1 r/minr/min甚至甚至0.1r/min0.1r/min下平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)。因此，這種直流伺服系統(tǒng)下平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)。因此，這種直流伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床上獲得廠廣泛的應用，在數(shù)控機床上獲得廠廣泛的應用，2020世紀世紀7070年代至年代至8080年代中年代中期，在數(shù)控機床上的應用占絕對統(tǒng)治

22、地位。至今，仍有許多期，在數(shù)控機床上的應用占絕對統(tǒng)治地位。至今，仍有許多數(shù)控機床上使用這種電動機直流伺服系統(tǒng)。永磁直流伺服電數(shù)控機床上使用這種電動機直流伺服系統(tǒng)。永磁直流伺服電動機的缺點是有電刷，限制動機的缺點是有電刷，限制r r轉(zhuǎn)速的提高轉(zhuǎn)速的提高( (一般額定轉(zhuǎn)速為一般額定轉(zhuǎn)速為1 1 000-1 500r/min )000-1 500r/min )，而且結(jié)構(gòu)復雜，價格較貴，而且結(jié)構(gòu)復雜，價格較貴。上一頁 下一頁返回4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述(2)交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)使用交流異步電動機交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)使用交流異步電動機(一般用一般用于主軸伺服電動機于主軸伺服電動機)和永磁同

23、步伺服電動機和永磁同步伺服電動機(一般用于進給伺一般用于進給伺服電動機服電動機)。由于直流伺服電動機存在一些固有的缺點，其應。由于直流伺服電動機存在一些固有的缺點，其應用受到限制。交流伺服電動機沒有這些缺點，且轉(zhuǎn)子慣量較用受到限制。交流伺服電動機沒有這些缺點，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電動機小，動態(tài)響應好。另外，在同樣體積下，交流電直流電動機小，動態(tài)響應好。另外，在同樣體積下，交流電動機的輸出功率可比直流電動機提高動機的輸出功率可比直流電動機提高10% - 70% 。交流。交流電動機的容量也比直流電動機大，可以達到更高的電壓和轉(zhuǎn)電動機的容量也比直流電動機大，可以達到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。因此，交流伺服系統(tǒng)得

24、到廠迅速發(fā)展，已經(jīng)形成潮流。速。因此，交流伺服系統(tǒng)得到廠迅速發(fā)展，已經(jīng)形成潮流。從從20世紀世紀80年代后期開始，數(shù)控機床大量使用交流伺服系年代后期開始，數(shù)控機床大量使用交流伺服系統(tǒng)。目前有些統(tǒng)。目前有些國家已全部使用交流伺服系統(tǒng)。國家已全部使用交流伺服系統(tǒng)。上一頁 下一頁返回4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述4.1.34.1.3伺服系統(tǒng)的基本要求伺服系統(tǒng)的基本要求1.1.精度高精度高伺服系統(tǒng)的精度是指愉出量能復現(xiàn)愉入量的精密程度。數(shù)控伺服系統(tǒng)的精度是指愉出量能復現(xiàn)愉入量的精密程度。數(shù)控加工對定位精度和輪廊加工精度要求都比較高，定位精度一加工對定位精度和輪廊加工精度要求都比較高，定位精度一般為般為

25、0.O1-0.001mm0.O1-0.001mm，甚至可達，甚至可達0.1um0.1um輪廊加工精度與速度控制、輪廊加工精度與速度控制、聯(lián)動坐標的協(xié)調(diào)一致等有關(guān)。在速度控制中，要求高的調(diào)速聯(lián)動坐標的協(xié)調(diào)一致等有關(guān)。在速度控制中，要求高的調(diào)速精度及比較強的抗負載擾動能力。即對靜態(tài)、動態(tài)精度要求精度及比較強的抗負載擾動能力。即對靜態(tài)、動態(tài)精度要求比較高。比較高。2.2.響應快響應快快速響應是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標，它反映了系統(tǒng)的快速響應是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。為了保證輪廊加工的形狀精度和低的表面粗糙度，跟蹤精度。為了保證輪廊加工的形狀精度和低的表面粗糙度，要求伺服

26、系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應要快。這一方面要求過渡要求伺服系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應要快。這一方面要求過渡過程時間要短，一般在過程時間要短，一般在200ms200ms以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒; ;另一另一方面要求超調(diào)小。這兩方面的要求往往是矛盾的，實際應用方面要求超調(diào)小。這兩方面的要求往往是矛盾的，實際應用中要采取相應措施，按加工工藝要求作出適當?shù)倪x擇。中要采取相應措施，按加工工藝要求作出適當?shù)倪x擇。上一頁 下一頁返回4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述 3.3.穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定愉入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定愉入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后

27、，達到新的或者隴復到原來的平衡狀態(tài)。要求伺服節(jié)過程后，達到新的或者隴復到原來的平衡狀態(tài)。要求伺服系統(tǒng)有較強的抗干擾能力，保證進給速度均勻、平穩(wěn)。穩(wěn)定系統(tǒng)有較強的抗干擾能力，保證進給速度均勻、平穩(wěn)。穩(wěn)定性直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。性直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。 4.4.調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍調(diào)速范圍R RN N是指電動機能提供的最高轉(zhuǎn)速是指電動機能提供的最高轉(zhuǎn)速n nmaxmax，和最低轉(zhuǎn)速，和最低轉(zhuǎn)速n nminmin之比。通常之比。通常R RN= N= n nmaxmax/ / n nminmin(1)(1)進給伺服系統(tǒng)的調(diào)速要求在數(shù)控機床中，由于加工用刀具、進給伺服

28、系統(tǒng)的調(diào)速要求在數(shù)控機床中，由于加工用刀具、被加工材料及工件加工要求的不同，為保證在任何情況下都被加工材料及工件加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，要求伺服系統(tǒng)具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。能得到最佳切削條件，要求伺服系統(tǒng)具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。目前，最先進的水平是，在進給速度范圍已達到脈沖量為目前，最先進的水平是，在進給速度范圍已達到脈沖量為0. 0. 001mm001mm的情況下，進給速度從。的情況下，進給速度從。0-240m/min0-240m/min連續(xù)可調(diào)。但對于連續(xù)可調(diào)。但對于一般數(shù)控機床而言，要求進給伺服系統(tǒng)在一般數(shù)控機床而言，要求進給伺服系統(tǒng)在0-24m/min0-2

29、4m/min進給速度進給速度下都能工作就足夠了，而且可以分為以下幾種狀態(tài)下都能工作就足夠了，而且可以分為以下幾種狀態(tài): :上一頁 下一頁返回4.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述 . .在在-24000mm/min-24000mm/min范圍，即范圍，即1: 240001: 24000調(diào)速范圍內(nèi)，要求速度調(diào)速范圍內(nèi)，要求速度均勻、平穩(wěn)、無爬行，且速降要小均勻、平穩(wěn)、無爬行，且速降要小; ;在在1mm/min1mm/min以下時，具有一定的瞬時速度，而平均速度很低以下時，具有一定的瞬時速度，而平均速度很低; ; . .在零速時，即工作臺停止運動時，要求電動機有電磁轉(zhuǎn)矩，在零速時，即工作臺停止運動時，要求

30、電動機有電磁轉(zhuǎn)矩，以維持定位精度滿足系統(tǒng)的要求，也就是說，應處于伺服鎖以維持定位精度滿足系統(tǒng)的要求，也就是說，應處于伺服鎖定狀態(tài)。定狀態(tài)。5.5.低速大轉(zhuǎn)矩低速大轉(zhuǎn)矩機床加工的特點是，在低速時進行重切削。因此，要求伺服機床加工的特點是，在低速時進行重切削。因此，要求伺服系統(tǒng)在低速時要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。進給坐標的伺服控制屬于系統(tǒng)在低速時要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。進給坐標的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制恒轉(zhuǎn)矩控制; ;而主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉(zhuǎn)矩控制，而主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉(zhuǎn)矩控制，在高速時為恒功率控制。在高速時為恒功率控制。(2)(2)主軸調(diào)速范圍要求主軸伺服系統(tǒng)主要是速度控制，它要求主軸調(diào)速范

31、圍要求主軸伺服系統(tǒng)主要是速度控制，它要求1:100-1: 10001:100-1: 1000范圍內(nèi)的恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速和范圍內(nèi)的恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速和1:101:10以上的恒功率調(diào)以上的恒功率調(diào)速，而且要保證足夠大的輸出功率。速，而且要保證足夠大的輸出功率。上一頁返回4.2 檢測元件檢測元件檢測元件是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，檢測元件是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，必須利用位置檢測裝置把機床運動部件的實際位移量隨時檢必須利用位置檢測裝置把機床運動部件的實際位移量隨時檢測出來，與給定的控制值測出來，與給定的控制值( (指令信號指令信號) )進行比較，從而控制馭進行比較，從而控制馭動

32、元件正確運轉(zhuǎn)，使工作臺動元件正確運轉(zhuǎn)，使工作臺( (或刀具或刀具) )按規(guī)定的軌跡和坐標移按規(guī)定的軌跡和坐標移動。數(shù)控機床加工中的位置精度，主要取決于數(shù)控機床馭動動。數(shù)控機床加工中的位置精度，主要取決于數(shù)控機床馭動元件和位置檢測裝置的精度，因此，檢測裝置是數(shù)控機床的元件和位置檢測裝置的精度，因此，檢測裝置是數(shù)控機床的關(guān)鍵部件之一，它對于提高數(shù)控機床的加工精度有決定性的關(guān)鍵部件之一，它對于提高數(shù)控機床的加工精度有決定性的作用。作用。4.2.14.2.1檢測元件的分類檢測元件的分類根據(jù)檢測元件的安裝位置及機床運動部件的藕合方式，可分根據(jù)檢測元件的安裝位置及機床運動部件的藕合方式，可分為直接測量和間

33、接測量裝置兩種。間接測量精度低，需要增為直接測量和間接測量裝置兩種。間接測量精度低，需要增加補償措施。加補償措施。圖圖4 -54 -5所示為直接和間接測量的方法。從絕對所示為直接和間接測量的方法。從絕對測量和增量測量的角度分，可分為增量型和絕對型檢測裝置。測量和增量測量的角度分，可分為增量型和絕對型檢測裝置。從檢測裝置輸出信號的類型分，又可分為數(shù)字式和模擬式兩從檢測裝置輸出信號的類型分，又可分為數(shù)字式和模擬式兩大類。大類。數(shù)控機床和機床數(shù)字顯示裝置常用的位置檢測裝置見數(shù)控機床和機床數(shù)字顯示裝置常用的位置檢測裝置見表表4-1.下一頁返回4.2 檢測元件檢測元件數(shù)控機床除廠進行位置檢測外，還要進行

34、速度檢測。其日的數(shù)控機床除廠進行位置檢測外，還要進行速度檢測。其日的是精確地控制轉(zhuǎn)速。速度檢測裝置常用測速發(fā)電機、回轉(zhuǎn)式是精確地控制轉(zhuǎn)速。速度檢測裝置常用測速發(fā)電機、回轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器、脈沖編碼器和脈沖發(fā)生器、脈沖編碼器和“頻率一電壓變換頻率一電壓變換”回路產(chǎn)生速回路產(chǎn)生速度檢測信號度檢測信號。數(shù)控機床對檢測裝置的主要要求有數(shù)控機床對檢測裝置的主要要求有: :. .工作可靠，抗干擾性強工作可靠，抗干擾性強; ;. .使用維護方便，適應機床的工作環(huán)境使用維護方便，適應機床的工作環(huán)境; ;. .滿足精度和速度的要求滿足精度和速度的要求; ;. .成本低。成本低。不同類型的數(shù)控機床對檢測裝置的精度和適

35、應的速度要求是不同類型的數(shù)控機床對檢測裝置的精度和適應的速度要求是不同的。大型機床以滿足速度要求為主，中小型機床和高精不同的。大型機床以滿足速度要求為主，中小型機床和高精度機床以滿足精度要求為主。測量系統(tǒng)的分辨率要比加工精度機床以滿足精度要求為主。測量系統(tǒng)的分辨率要比加工精度高一個數(shù)量級。度高一個數(shù)量級。上一頁 下一頁返回4.2 檢測元件檢測元件4.2.24.2.2幾種常用檢測裝置幾種常用檢測裝置1.1.脈沖編碼器脈沖編碼器脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化成脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化成脈沖，是數(shù)控機床上使用很廣泛的位置檢測裝置。同時也可脈沖，是數(shù)控機床

36、上使用很廣泛的位置檢測裝置。同時也可作為速度檢測裝置用于速度檢測。作為速度檢測裝置用于速度檢測。脈沖編碼器分光電式、接觸式和磁感應式三種。從精度和可脈沖編碼器分光電式、接觸式和磁感應式三種。從精度和可靠性方面來看，光電式脈沖編碼器優(yōu)于其他兩種。數(shù)控機床靠性方面來看，光電式脈沖編碼器優(yōu)于其他兩種。數(shù)控機床上主要用光電式脈沖編碼器。上主要用光電式脈沖編碼器。脈沖編碼器是一種增量檢測裝置，它的型號是由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖編碼器是一種增量檢測裝置，它的型號是由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)來區(qū)分。數(shù)控機床上常用的脈沖編碼器有脈沖數(shù)來區(qū)分。數(shù)控機床上常用的脈沖編碼器有2OOOp/r, 2 2OOOp/r, 2 500p/r

37、500p/r和和3000 p/r3000 p/r等。在高速、高精度數(shù)字伺服系統(tǒng)中，應等。在高速、高精度數(shù)字伺服系統(tǒng)中，應用高分辨率的脈沖編碼器，如用高分辨率的脈沖編碼器，如2OOOp/r, 2500p/r2OOOp/r, 2500p/r和和3000p/r3000p/r等。等?，F(xiàn)在已使用了每轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)在已使用了每轉(zhuǎn)發(fā)1010萬個脈沖的脈沖編碼器，該編碼器裝萬個脈沖的脈沖編碼器，該編碼器裝置內(nèi)部應用了微處理器。置內(nèi)部應用了微處理器。上一頁 下一頁返回4.2 檢測元件檢測元件光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)如光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)如圖圖4- 64- 6所示，在一個圓盤的圓周上所示，在一個圓盤的圓周上刻有等間距線紋，分

38、為透明和不透明兩部分，稱為圓光柵。刻有等間距線紋，分為透明和不透明兩部分，稱為圓光柵。圓光柵與工作軸一起旋轉(zhuǎn)。與圓光柵相對的、平行放置一個圓光柵與工作軸一起旋轉(zhuǎn)。與圓光柵相對的、平行放置一個固定的扇形薄片，稱為指示光柵，上面制有相差固定的扇形薄片，稱為指示光柵，上面制有相差1/41/4節(jié)距的兩節(jié)距的兩個狹隙個狹隙( (在同一周上，稱為辨向狹隙在同一周上，稱為辨向狹隙) )。此外，還有一個零位。此外，還有一個零位狹隙狹隙( (移轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖移轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖) )。脈沖編碼器通過十字連接頭或鍵。脈沖編碼器通過十字連接頭或鍵與伺服電動機相連，它的法與伺服電動機相連，它的法“今盤固定在電動機端面上，

39、罩今盤固定在電動機端面上，罩上防護罩，構(gòu)成一個完整的檢測裝置。上防護罩，構(gòu)成一個完整的檢測裝置。2.2.旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器(1)(1)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器是一種小型精密交流電動機，旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器是一種小型精密交流電動機，結(jié)構(gòu)與二相線繞式異步電動機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，分結(jié)構(gòu)與二相線繞式異步電動機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，分有刷結(jié)構(gòu)和無刷結(jié)構(gòu)兩種。在有刷結(jié)構(gòu)中，定子與轉(zhuǎn)子上均有刷結(jié)構(gòu)和無刷結(jié)構(gòu)兩種。在有刷結(jié)構(gòu)中，定子與轉(zhuǎn)子上均為兩相交流分布繞組。二相繞組軸線相互垂直，轉(zhuǎn)子繞組的為兩相交流分布繞組。二相繞組軸線相互垂直，轉(zhuǎn)子繞組的端點通過電刷和滑環(huán)引出。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器沒有電刷與

40、滑環(huán)，端點通過電刷和滑環(huán)引出。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器沒有電刷與滑環(huán)，由兩大部分組成由兩大部分組成: :一部分叫做分解器，其結(jié)構(gòu)與有刷一部分叫做分解器，其結(jié)構(gòu)與有刷上一頁 下一頁返回4.2 檢測元件檢測元件旋轉(zhuǎn)變壓器基本相同旋轉(zhuǎn)變壓器基本相同; ;另一部分叫變壓器，它的一次繞組繞在另一部分叫變壓器，它的一次繞組繞在與分解器轉(zhuǎn)子軸固定在一起的線軸與分解器轉(zhuǎn)子軸固定在一起的線軸( (高導磁材料高導磁材料) )上，與轉(zhuǎn)子上，與轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動一起轉(zhuǎn)動; ;它的二次繞組繞在與轉(zhuǎn)子同心的定子軸線上。分解它的二次繞組繞在與轉(zhuǎn)子同心的定子軸線上。分解器定子線圈接外加的勵磁電壓，它的轉(zhuǎn)子線圈輸出信號接在器定子線圈接外加的勵

41、磁電壓，它的轉(zhuǎn)子線圈輸出信號接在變壓器的一次繞組，從變壓器的二次繞組引出最后的輸出信變壓器的一次繞組，從變壓器的二次繞組引出最后的輸出信號。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)如號。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)如圖圖4-74-7所示，它具有可靠性高、壽所示，它具有可靠性高、壽命長、不用維修。以及輸出信號大等特點，是數(shù)控機床常用命長、不用維修。以及輸出信號大等特點，是數(shù)控機床常用的位置檢測裝置之一。的位置檢測裝置之一。上一頁 下一頁返回4.2 檢測元件檢測元件(2)(2)旋轉(zhuǎn)變壓器的應用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測裝置，有兩種旋轉(zhuǎn)變壓器的應用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測裝置，有兩種應用方法應用方法: :鑒相式工作方式和鑒幅式工作方式。

42、鑒相式工作方式和鑒幅式工作方式。. .鑒相式工作方式在此狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)變壓器定子兩相正向繞組鑒相式工作方式在此狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)變壓器定子兩相正向繞組分別加上幅值相等、頻率相同，而相位差為分別加上幅值相等、頻率相同，而相位差為9090的正弦交流的正弦交流電壓。旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中的感應電動勢與定子繞組中的電壓。旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中的感應電動勢與定子繞組中的勵磁電壓同頻率，但相位不同。測量轉(zhuǎn)子繞組愉出電壓的相勵磁電壓同頻率，但相位不同。測量轉(zhuǎn)子繞組愉出電壓的相位角，即可測量得轉(zhuǎn)子相對于定子的空間轉(zhuǎn)角位置。在實際位角，即可測量得轉(zhuǎn)子相對于定子的空間轉(zhuǎn)角位置。在實際應用中，把定子正弦繞組勵磁的交流電壓相位作

43、為基準相位，應用中，把定子正弦繞組勵磁的交流電壓相位作為基準相位，與轉(zhuǎn)子繞組愉出電壓進行比較，來確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的位置。與轉(zhuǎn)子繞組愉出電壓進行比較，來確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的位置。. .鑒幅式工作方式在這種工作方式中，定子二相繞組加的是頻鑒幅式工作方式在這種工作方式中，定子二相繞組加的是頻率相同、相位角相同，而幅值分別按正弦、余弦變化的交流率相同、相位角相同，而幅值分別按正弦、余弦變化的交流電壓電壓。上一頁 下一頁返回4.2 檢測元件檢測元件3.3.感應同步器感應同步器(1)(1)感應同步器的組成和工作原理感應同步器是一種電磁感應感應同步器的組成和工作原理感應同步器是一種電磁感應式的高精度位移檢測裝置，實質(zhì)

44、上，它是多極旋轉(zhuǎn)變壓器的式的高精度位移檢測裝置，實質(zhì)上，它是多極旋轉(zhuǎn)變壓器的展開形式。感應同步器分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種，前者用于展開形式。感應同步器分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種，前者用于角度測量，后者用于長度測量，兩者工作原理相同。角度測量，后者用于長度測量，兩者工作原理相同。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成。定尺與滑尺之直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成。定尺與滑尺之間有均勻的氣隙，在定尺表面制有連續(xù)平面繞組，繞組節(jié)距間有均勻的氣隙，在定尺表面制有連續(xù)平面繞組，繞組節(jié)距為尸。滑尺上制有兩組分段繞組，分別稱為正弦繞組和余弦為尸?；呱现朴袃山M分段繞組，分別稱為正弦繞組和余弦繞組，它們相對于

45、定尺繞組在空間錯開繞組，它們相對于定尺繞組在空間錯開1/41/4節(jié)距。定尺和滑尺節(jié)距。定尺和滑尺繞組的結(jié)構(gòu)如繞組的結(jié)構(gòu)如圖圖4 -84 -8所所示。示。定尺和滑尺的基板通常采用與機床床身材料熱膨脹系數(shù)相近定尺和滑尺的基板通常采用與機床床身材料熱膨脹系數(shù)相近的鋼板，用絕緣鉆結(jié)劑把銅箔粘在鋼板上，經(jīng)精密的照相腐的鋼板，用絕緣鉆結(jié)劑把銅箔粘在鋼板上，經(jīng)精密的照相腐蝕工藝制成印制繞組，再在尺子表面上涂一層保護層?；呶g工藝制成印制繞組，再在尺子表面上涂一層保護層?；弑砻嬗袝r還粘上一層帶絕緣的鋁箔，以防靜電感應表面有時還粘上一層帶絕緣的鋁箔，以防靜電感應。上一頁 下一頁返回4.2 檢測元件檢測元件(2

46、)(2)感應同步器的特點感應同步器的特點精度高，因為定尺的節(jié)距誤差有平均自補償作用，所以尺精度高，因為定尺的節(jié)距誤差有平均自補償作用，所以尺子本身的精度能做得很高子本身的精度能做得很高; ;. .工作可靠，抗干擾能力強，在感應同步器繞組的每個周期內(nèi)，工作可靠，抗干擾能力強，在感應同步器繞組的每個周期內(nèi)，測量信號與絕對位置有一一對應的單值關(guān)系，不受干擾影響測量信號與絕對位置有一一對應的單值關(guān)系，不受干擾影響; ;維護簡單，壽命長，定尺和滑尺之間無接觸磨損，在機床維護簡單，壽命長，定尺和滑尺之間無接觸磨損，在機床上安裝簡單。使用時需要加防護罩，防止切屑進入定、滑尺上安裝簡單。使用時需要加防護罩，防

47、止切屑進入定、滑尺之間劃傷導片，不受灰塵、油霧影響之間劃傷導片，不受灰塵、油霧影響; ;. .測測量距離長，可側(cè)量長距離位移，機床移動基本不受限制，量距離長，可側(cè)量長距離位移，機床移動基本不受限制，故適合大、中型機床使用故適合大、中型機床使用; ;成本低，易于生產(chǎn)成本低，易于生產(chǎn); ; . .與旋轉(zhuǎn)變壓器相比，感應同步器的輸出信號比較微弱，需與旋轉(zhuǎn)變壓器相比，感應同步器的輸出信號比較微弱，需要一個放大倍數(shù)很高的前置放大器。要一個放大倍數(shù)很高的前置放大器。按供給滑尺兩個正交繞組勵磁的不同信號，感應同步器的測按供給滑尺兩個正交繞組勵磁的不同信號，感應同步器的測量方式分為鑒相測量方式和鑒幅測量方式。

48、量方式分為鑒相測量方式和鑒幅測量方式。上一頁返回4.3 常用伺服執(zhí)行元件常用伺服執(zhí)行元件4.3.14.3.1直流伺服電動機直流伺服電動機直流伺服電動機主要有以下兒種直流伺服電動機主要有以下兒種: :永磁式直流伺服電動機、小永磁式直流伺服電動機、小慣量直流伺服電動機、改進型直流伺服電動機和無刷直流伺慣量直流伺服電動機、改進型直流伺服電動機和無刷直流伺服電動機等。應用較廣泛的是永磁式直流伺服電動機和小慣服電動機等。應用較廣泛的是永磁式直流伺服電動機和小慣量直流伺服電動機。量直流伺服電動機。1.1.永磁式直流伺服電動機永磁式直流伺服電動機永磁式直流伺服電動機是指以永磁材料獲得勵磁磁場的一類永磁式直流

49、伺服電動機是指以永磁材料獲得勵磁磁場的一類直流電動機，也叫大慣量寬調(diào)速直流伺服電動機。直流電動機，也叫大慣量寬調(diào)速直流伺服電動機。下一頁返回4.3 常用伺服執(zhí)行元件常用伺服執(zhí)行元件永磁式直流伺服電動機具有體積小、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)矩和電流成永磁式直流伺服電動機具有體積小、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)矩和電流成正比、伺服性能好、反應迅速、功率體積比大、功率質(zhì)量比正比、伺服性能好、反應迅速、功率體積比大、功率質(zhì)量比大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。永磁式直流伺服電動機能在較大過載大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。永磁式直流伺服電動機能在較大過載轉(zhuǎn)矩下長時間工作。它的轉(zhuǎn)子慣量較大，可以直接與絲杠相轉(zhuǎn)矩下長時間工作。它的轉(zhuǎn)子慣量較大，可以直接與絲杠相連而

50、不需要中間傳動裝置。永磁式直流伺服電動機的缺點是連而不需要中間傳動裝置。永磁式直流伺服電動機的缺點是需要電刷，限制廠電動機轉(zhuǎn)速的提高，一般轉(zhuǎn)速為需要電刷，限制廠電動機轉(zhuǎn)速的提高，一般轉(zhuǎn)速為1 0001 1 0001 500 r/min500 r/min。在。在2020世紀七八十年代，永磁式直流伺服電動機伺世紀七八十年代，永磁式直流伺服電動機伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床應用最廣泛的一種電氣伺服系統(tǒng)。服系統(tǒng)是數(shù)控機床應用最廣泛的一種電氣伺服系統(tǒng)。永磁式直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)與一般直流電動機相似，但電永磁式直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)與一般直流電動機相似，但電樞鐵心長度與直徑的比值大，氣隙較小，在相同功率的情況樞鐵心長

51、度與直徑的比值大，氣隙較小，在相同功率的情況下，轉(zhuǎn)子慣量較小。下，轉(zhuǎn)子慣量較小。上一頁 下一頁返回4.3 常用伺服執(zhí)行元件常用伺服執(zhí)行元件2.2.小慣量直流伺服電動機小慣量直流伺服電動機小慣量直流伺服電動機具有較小的轉(zhuǎn)動慣量，適用于要求快小慣量直流伺服電動機具有較小的轉(zhuǎn)動慣量，適用于要求快速響應的伺服系統(tǒng)。但其過載能力低，電樞慣量與機械傳動速響應的伺服系統(tǒng)。但其過載能力低，電樞慣量與機械傳動系統(tǒng)匹配較差。小慣量直流伺服電動機主要有以下兒種類型系統(tǒng)匹配較差。小慣量直流伺服電動機主要有以下兒種類型: :(1)(1)無槽電樞直流伺服電動機無槽電樞直流伺服電動機的勵磁無槽電樞直流伺服電動機無槽電樞直流

52、伺服電動機的勵磁方式為電磁式或永磁式，其電樞鐵芯為光滑圓柱體，電樞繞方式為電磁式或永磁式，其電樞鐵芯為光滑圓柱體，電樞繞組用耐熱環(huán)氧樹脂固定在圓柱體鐵芯表面，氣隙大。組用耐熱環(huán)氧樹脂固定在圓柱體鐵芯表面，氣隙大。無槽電樞直流伺服電動機除具有一般直流伺服電動機的特點無槽電樞直流伺服電動機除具有一般直流伺服電動機的特點外，還具有轉(zhuǎn)動慣量小、時間常數(shù)小、換向良好等優(yōu)點，一外，還具有轉(zhuǎn)動慣量小、時間常數(shù)小、換向良好等優(yōu)點，一般用于需要快速動作、功率較大的伺服系統(tǒng)。般用于需要快速動作、功率較大的伺服系統(tǒng)。(2)(2)空心杯電樞直流伺服電動機空心杯電樞直流伺服電動機的空心杯電樞直流伺服電動機空心杯電樞直流

53、伺服電動機的勵磁方式采用永磁式，其電樞繞組用環(huán)氧樹脂澆注成杯形，勵磁方式采用永磁式，其電樞繞組用環(huán)氧樹脂澆注成杯形，空心杯電樞內(nèi)外兩側(cè)均有鐵芯構(gòu)成磁路?？招谋姌袃?nèi)外兩側(cè)均有鐵芯構(gòu)成磁路。空心杯電樞直流伺服電動機用于需要快速動作的電氣伺服系空心杯電樞直流伺服電動機用于需要快速動作的電氣伺服系統(tǒng)，如用在機器人的腕、臂關(guān)節(jié)及其他高精度伺服系統(tǒng)中。統(tǒng)，如用在機器人的腕、臂關(guān)節(jié)及其他高精度伺服系統(tǒng)中。上一頁 下一頁返回4.3 常用伺服執(zhí)行元件常用伺服執(zhí)行元件(3)(3)印制繞組直流伺服電動機印制繞組直流伺服電動機的勵磁印制繞組直流伺服電動機印制繞組直流伺服電動機的勵磁方式采用永磁式，在圓形絕緣薄板上，

54、印制裸露的繞組構(gòu)成方式采用永磁式，在圓形絕緣薄板上，印制裸露的繞組構(gòu)成電樞，磁極軸向安裝，具有扇面極靴。印制繞組直流伺服電電樞，磁極軸向安裝，具有扇面極靴。印制繞組直流伺服電動機換向性能好，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，時間常數(shù)小，具有快速響應特動機換向性能好，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，時間常數(shù)小，具有快速響應特性，低速運轉(zhuǎn)性能好，能承受頻繁的可逆運轉(zhuǎn)，適用于低速性，低速運轉(zhuǎn)性能好，能承受頻繁的可逆運轉(zhuǎn)，適用于低速和啟動、反轉(zhuǎn)頻繁的電氣伺服系統(tǒng)，如機器人關(guān)節(jié)控制。和啟動、反轉(zhuǎn)頻繁的電氣伺服系統(tǒng)，如機器人關(guān)節(jié)控制。直流伺服的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上。與電磁轉(zhuǎn)直流伺服的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上。與電磁轉(zhuǎn)矩相關(guān)的是互相

55、獨立的兩個變量主磁通與電樞電流，它們分矩相關(guān)的是互相獨立的兩個變量主磁通與電樞電流，它們分別控制勵磁電流與電樞電流，可方便地進行轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速控制。別控制勵磁電流與電樞電流，可方便地進行轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速控制。從控制角度看，直流伺服的控制是一個從控制角度看，直流伺服的控制是一個單輸入、單輸入、單輸出的單單輸出的單變量控制系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論完全適用于這種系統(tǒng)，因此，變量控制系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論完全適用于這種系統(tǒng)，因此，直流伺服系統(tǒng)控制簡單，調(diào)速性能優(yōu)異，在數(shù)控機床的進給直流伺服系統(tǒng)控制簡單，調(diào)速性能優(yōu)異，在數(shù)控機床的進給馭動中曾占據(jù)著主導地位馭動中曾占據(jù)著主導地位。上一頁 下一頁返回4.3 常用伺服執(zhí)行元件常

56、用伺服執(zhí)行元件4.3.24.3.2交流伺服電動機交流伺服電動機1.1.同步交流伺服電動機同步交流伺服電動機同步交流伺服電動機由永磁同步電動機、轉(zhuǎn)子位置傳感器、同步交流伺服電動機由永磁同步電動機、轉(zhuǎn)子位置傳感器、速度傳感器等組成。永磁交流伺服電動機與永磁直流伺服電速度傳感器等組成。永磁交流伺服電動機與永磁直流伺服電動機不同之處，在于用轉(zhuǎn)子位置傳感器取代廠直流伺服電動動機不同之處，在于用轉(zhuǎn)子位置傳感器取代廠直流伺服電動機整流子和電刷的機械換向。因此，無此項維護要求，且沒機整流子和電刷的機械換向。因此，無此項維護要求，且沒有機械換向造成的電火花，能用在有腐蝕性、易燃易爆氣體有機械換向造成的電火花，能

57、用在有腐蝕性、易燃易爆氣體的環(huán)境。的環(huán)境。2.2.異步交流伺服電動機異步交流伺服電動機異步交流伺服電動機采用感應式電動機，它的籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)異步交流伺服電動機采用感應式電動機，它的籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、堅固，電動機價格便宜，過載能力強。但與同步交流簡單、堅固，電動機價格便宜，過載能力強。但與同步交流伺服電動機相比，其效率低、體積大，轉(zhuǎn)子有較明顯的損耗伺服電動機相比，其效率低、體積大，轉(zhuǎn)子有較明顯的損耗和發(fā)熱，且需要供給無功勵磁電流，因而要求馭動功率大。和發(fā)熱，且需要供給無功勵磁電流，因而要求馭動功率大。最困難的是控制系統(tǒng)非常復雜。最困難的是控制系統(tǒng)非常復雜。上一頁 下一頁返回4.3 常用伺服執(zhí)行元件

58、常用伺服執(zhí)行元件交流伺服電動機沒有直流伺服電動機上述的缺點，而且轉(zhuǎn)子交流伺服電動機沒有直流伺服電動機上述的缺點，而且轉(zhuǎn)子慣量比直流伺服電動機小，動態(tài)響應好。在同樣體積下，交慣量比直流伺服電動機小，動態(tài)響應好。在同樣體積下，交流伺服電動機的輸出功率可比直流伺服電動機提高流伺服電動機的輸出功率可比直流伺服電動機提高10%-70%10%-70%。交流伺服電動機的容量可以比直流伺服電動機大，達到更高交流伺服電動機的容量可以比直流伺服電動機大，達到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。例如，的電壓和轉(zhuǎn)速。例如，SIEMENSSIEMENS公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的1 FTS1 FTS系列的永磁系列的永磁交流伺服電動機供電電壓為交

59、流伺服電動機供電電壓為600V600V，最高轉(zhuǎn)速可達，最高轉(zhuǎn)速可達6000r/min6000r/min。從從2020世紀世紀8080年代后期開始，交流伺服電動機逐漸替代直流伺年代后期開始，交流伺服電動機逐漸替代直流伺服電動機占據(jù)主要地位。服電動機占據(jù)主要地位。上一頁 下一頁返回4.3 常用伺服執(zhí)行元件常用伺服執(zhí)行元件4.3.34.3.3步進電動機步進電動機步進電動機可分為反應式步進電動機、永磁式步進電動機和步進電動機可分為反應式步進電動機、永磁式步進電動機和永磁感應子式步進電動機三種永磁感應子式步進電動機三種。1.1.反應式步進電動機反應式步進電動機反應式步進電動機又叫做可變磁阻式步進電動機。

60、反應式步反應式步進電動機又叫做可變磁阻式步進電動機。反應式步進電動機結(jié)構(gòu)較簡單，進電動機結(jié)構(gòu)較簡單，圖圖4 -94 -9所所示為一臺三相反應式步進電示為一臺三相反應式步進電動機的結(jié)構(gòu)原理。它的定子上有三對磁極，每一對磁極上繞動機的結(jié)構(gòu)原理。它的定子上有三對磁極，每一對磁極上繞著一相繞組，三相繞組接成星形著一相繞組，三相繞組接成星形; ;轉(zhuǎn)子鐵芯及定子極靴上均有轉(zhuǎn)子鐵芯及定子極靴上均有小齒，定轉(zhuǎn)子齒距通常相等小齒，定轉(zhuǎn)子齒距通常相等; ;定轉(zhuǎn)子間有很小的氣隙定轉(zhuǎn)子間有很小的氣隙; ;轉(zhuǎn)子鐵轉(zhuǎn)子鐵芯上沒有繞組，轉(zhuǎn)子齒數(shù)有一定限制，圖芯上沒有繞組，轉(zhuǎn)子齒數(shù)有一定限制，圖4 -9 ( a)4 -9 (