第四章 數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)

第四章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)第一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)24.1數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置4.2數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)裝置第二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3

位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測(cè)位移和速度，并發(fā)出反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。

4.1數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置第三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4

數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求：（1）

工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；（2）

滿(mǎn)足精度和速度的要求；（3）安裝，維護(hù)方便，適合機(jī)床工作環(huán)境；（4）

成本低。4.1數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置第四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5位置檢測(cè)裝置分類(lèi)：（一）

直接測(cè)量和間接測(cè)量1.

直接測(cè)量

直接測(cè)量是將直線(xiàn)型檢測(cè)裝置安裝在移動(dòng)部件上，用來(lái)直接測(cè)量工作臺(tái)的直線(xiàn)位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，而構(gòu)成位置閉環(huán)控制。優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確性高、可靠性好；缺點(diǎn)：測(cè)量裝置要和工作臺(tái)行程等長(zhǎng)；在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。第五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)62.

間接測(cè)量

它是將旋轉(zhuǎn)型檢測(cè)裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸或滾珠絲杠上，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的角位移來(lái)間接測(cè)量機(jī)床工作臺(tái)的直線(xiàn)位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量方便、無(wú)長(zhǎng)度限制。缺點(diǎn)：測(cè)量信號(hào)中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響了測(cè)量精度。第六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7（二）數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量1.

數(shù)字式測(cè)量它是將被測(cè)的量以數(shù)字形式來(lái)表示，測(cè)量信號(hào)一般為脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、處理簡(jiǎn)單。2.

模擬量測(cè)量它是將被測(cè)的量用連續(xù)變量來(lái)表示，如電壓變化、相位變化等。它對(duì)信號(hào)處理的方法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。第七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8（三）

增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量增量式測(cè)量

在輪廓控制數(shù)控機(jī)床上多采用這種測(cè)量方式，增量式測(cè)量只測(cè)相對(duì)位移量，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量裝置較簡(jiǎn)單，對(duì)任何一個(gè)中間點(diǎn)都可以作為測(cè)量的起點(diǎn)，而位移是由測(cè)量信號(hào)計(jì)數(shù)累加所得，但一旦計(jì)數(shù)有誤，以后測(cè)量所得結(jié)果完全錯(cuò)誤。絕對(duì)式測(cè)量絕對(duì)式測(cè)量裝置對(duì)于被測(cè)量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一個(gè)被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量值。測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)較增量式復(fù)雜，如編碼盤(pán)中，對(duì)應(yīng)于碼盤(pán)的每一個(gè)角度位置便有一組二進(jìn)制位數(shù)。顯然，分辨精度要求愈高，量程愈大，則所要求的二進(jìn)制位數(shù)也愈多，結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜。第八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9一、位移傳感器

常見(jiàn)的位移傳感器：旋轉(zhuǎn)變壓器，感應(yīng)同步器，光柵測(cè)量裝置，脈沖編碼器等。第九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10

1.旋轉(zhuǎn)變壓器一、結(jié)構(gòu)與工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角位移測(cè)量裝置，由定子和轉(zhuǎn)子組成。

234第十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)11

1.旋轉(zhuǎn)變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中定子繞組作為變壓器的一次側(cè)，接受勵(lì)磁電壓。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的二次側(cè)，通過(guò)電磁耦合得到感應(yīng)電壓，只是其輸出電壓大小與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。旋轉(zhuǎn)變壓器通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)或被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角來(lái)間接測(cè)量工作臺(tái)的位移。旋轉(zhuǎn)變壓器分為單極和多極形式，先分析一下單極工作情況。第十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)12定子和轉(zhuǎn)子各有一對(duì)磁極，設(shè)加到定子繞組勵(lì)磁電壓為，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過(guò)一定角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)900，兩磁軸平行，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大，即。V1V1V1定子轉(zhuǎn)子V2V2V2θ1θ=900θ=θ1θ=00第十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)13二、應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來(lái)檢測(cè)位移量；鑒幅式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值來(lái)檢測(cè)位移量。

定子轉(zhuǎn)子VCVSV2θ第十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14二、應(yīng)用1.鑒相工作方式給定子兩繞組分別通以幅值相同、頻率相同、相位差900的交流勵(lì)磁電壓，即

定子轉(zhuǎn)子VCVSV2θ第十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)15

這兩個(gè)勵(lì)磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中都產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，如上圖所示，根據(jù)線(xiàn)性疊加原理，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電壓應(yīng)為這兩個(gè)電壓的代數(shù)和：定子轉(zhuǎn)子VCVSV2θ第十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16

2.鑒幅工作方式給定子的兩個(gè)繞組分別通以頻率相同、相位相同、幅值分別按正弦和余弦變化的交流激磁電壓，即則轉(zhuǎn)子上的疊加電壓為第十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)171）結(jié)構(gòu)與工作原理感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式檢測(cè)裝置，屬模擬式測(cè)量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測(cè)直線(xiàn)位移或角位移而改變。感應(yīng)同步器按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般分為直線(xiàn)式和旋轉(zhuǎn)式兩種：直線(xiàn)式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成，用于直線(xiàn)位移測(cè)量。旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成，用于角位移測(cè)量。以直線(xiàn)式感應(yīng)同步器為例，介紹其結(jié)構(gòu)和工作原理。

2.感應(yīng)同步器第十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)18

結(jié)構(gòu)：

定尺滑尺余弦繞組正弦繞組V2VsVc2τ/42τ第十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)19

定尺滑A尺

Bt241位

Ct221置

Dt243E

t2EAV2MN正弦繞組余弦繞組θBDCOP

工作原理：

第十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)20應(yīng)用：工作方式：鑒相式和鑒幅式。特點(diǎn)：1）精度高；2）測(cè)量長(zhǎng)度不受限制；3）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)；4）維護(hù)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)。第二十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)213.光柵

根據(jù)光線(xiàn)在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測(cè)精度可達(dá)1μm以上。從形狀上看，又可分為圓光柵和直線(xiàn)光柵。圓光柵用于測(cè)量轉(zhuǎn)角位移，直線(xiàn)光柵用于檢測(cè)直線(xiàn)位移。兩者工作原理基本相似，本節(jié)著重介紹一種應(yīng)用比較廣泛的透射式直線(xiàn)光柵。光柵尺的結(jié)構(gòu)直線(xiàn)光柵通常包括一長(zhǎng)和一短兩塊配套使用，其中長(zhǎng)的稱(chēng)為標(biāo)尺光柵或長(zhǎng)光柵，一般固定在機(jī)床移動(dòng)部件上，要求與行程等長(zhǎng)。短的為指示光柵或短光柵，裝在機(jī)床固定部件上。兩光柵尺是刻有均勻密集線(xiàn)紋的透明玻璃片，線(xiàn)紋密度為25、50、100、250條/mm等。線(xiàn)紋之間距離相等，該間距稱(chēng)為柵距，測(cè)量時(shí)它們相互平行放置，并保持0.05~0.1mm的間隙。

第二十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2222原理：

如果將指示光柵在其自身的平面內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)很小的角度，這樣兩塊光柵的刻線(xiàn)相交，當(dāng)平行光線(xiàn)垂直照射標(biāo)尺光柵時(shí)，則在相交區(qū)域出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗大條紋，稱(chēng)為摩爾條紋。當(dāng)兩光柵尺沿與刻線(xiàn)垂直的方向相對(duì)移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋沿刻線(xiàn)方向移動(dòng)，當(dāng)光柵尺移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋正好移動(dòng)一個(gè)節(jié)距。這樣只要通過(guò)光電元件檢測(cè)出莫爾條紋移動(dòng)的數(shù)目和方向，就可以知道光柵移過(guò)了多少個(gè)柵距和移動(dòng)的方向。第二十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2323工作原理：

第二十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)24

特點(diǎn)：1.放大作用用W（mm）表示莫爾條紋的寬度，P(mm)表示柵距，θ(rad)為光柵線(xiàn)紋之間的夾角，如圖所示則有

莫爾條紋寬度W與角成反比，越小，放大倍數(shù)越大。WPWθθP第二十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25

2.均化誤差作用

莫爾條紋是由光柵的大量刻線(xiàn)共同組成，例如，200條/mm的光柵，10mm寬的光柵就由2000條線(xiàn)紋組成，這樣?xùn)啪嘀g的固有相鄰誤差就被平均化了，消除了柵距之間不均勻造成的誤差。3.莫爾條紋的移動(dòng)與柵距的移動(dòng)成比例

當(dāng)光柵尺移動(dòng)一個(gè)柵距P時(shí)，莫爾條紋也剛好移動(dòng)了一個(gè)條紋寬度W。只要通過(guò)光電元件測(cè)出莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移動(dòng)了多少個(gè)柵距，工作臺(tái)移動(dòng)的距離可以計(jì)算出來(lái)。若光柵移動(dòng)方向相反，則莫爾條紋移動(dòng)方向也相反。第二十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)26光柵測(cè)量系統(tǒng)：第二十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2727

編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式測(cè)量元件，通常裝在被檢測(cè)軸上（或同步帶聯(lián)接）；隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式或絕對(duì)式的代碼形式。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式，編碼器可分為接觸式、光電式和電磁式3種。其中，光電編碼器在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多，由霍爾效應(yīng)構(gòu)成的電磁編碼器則可用作速度檢測(cè)元件。4.編碼器第二十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2828光電式編碼器

光電式編碼器是一種光電式轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置。編碼器用透明及不透明區(qū)域按一定編碼構(gòu)成，根據(jù)其編碼方式不同，可分為增量式光電編碼器和絕對(duì)式光電編碼器。增量式光電編碼器可通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將被測(cè)軸的角位移增量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖數(shù)字量，然后由微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)或計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)得到角位移量和直線(xiàn)位移量。第二十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)29291-旋轉(zhuǎn)軸2-軸承3-透光窄縫4-光柵編碼器5-光源6-聚光鏡7-光瀾板8-光敏元件增量式光電編碼器第二十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3030光電編碼器需解決的兩個(gè)問(wèn)題：1、正反向辨別2、掉電位置記憶

為了測(cè)量出轉(zhuǎn)向，光瀾板的兩個(gè)窄縫距離比編碼器兩個(gè)窄縫之間的距離小1/4節(jié)距，使兩個(gè)光敏元件的輸出信號(hào)相差π/2相位。如果將其輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)頻率—電壓變換后，得到與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)，它就是速度反饋信號(hào)。第三十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3131

在數(shù)控車(chē)床主軸末端通常就使用增量式光柵編碼器，來(lái)檢測(cè)主軸的位置，以保證切削螺紋時(shí)不會(huì)亂扣。

第三十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3232

它與接觸式編碼器結(jié)構(gòu)相似，它與增量式編碼器相比特點(diǎn)是：由于某種原因停機(jī)后再開(kāi)機(jī)，還能找到正確位置，但因其結(jié)構(gòu)的限制，分辨率不能做得很高。絕對(duì)式光柵編碼器與增量式編碼器的共同特點(diǎn)是：沒(méi)有接觸磨損，編碼器壽命長(zhǎng)，允許轉(zhuǎn)速高，精度較高。絕對(duì)式編碼器第三十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3333絕對(duì)式編碼器第三十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3434絕對(duì)式編碼器第三十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3535分類(lèi)：線(xiàn)速度型角速度型常用的速度傳感器：

測(cè)速發(fā)電機(jī)脈沖編碼器二、速度傳感器第三十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3636特點(diǎn)：輸出電壓與轉(zhuǎn)速?lài)?yán)格成線(xiàn)性關(guān)系；輸出電勢(shì)與轉(zhuǎn)速比的斜率大。結(jié)構(gòu)與工作原理：1.交流測(cè)速發(fā)電機(jī)第三十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3737結(jié)構(gòu)與工作原理：2.直流測(cè)速發(fā)電機(jī)第三十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3838

位置檢測(cè)元件與位移檢測(cè)元件不同，它所測(cè)量的不是一段距離的變化量，而是通過(guò)檢測(cè)，確定是否已到達(dá)某一位置。因此，它不需要產(chǎn)生連續(xù)變化的模擬量，只需要產(chǎn)生能反映某種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量即可。這種檢測(cè)元件常用于數(shù)控機(jī)床更換刀具、工件或工作臺(tái)到位或行程限制等輔助機(jī)能的信號(hào)檢測(cè)。三、位置檢測(cè)元件第三十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3939

位置檢測(cè)元件分為接觸式和接近式兩種。接觸式位置檢測(cè)元件必須與被測(cè)物接觸才能產(chǎn)生信號(hào)，如微動(dòng)開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)等，而接近式無(wú)需直接接觸，檢測(cè)元件與被測(cè)物之間通過(guò)光電、電磁或超聲波等獲得信號(hào)，如電磁式接近開(kāi)關(guān)。接觸式可靠性高、壽命有限，用于限位接近式無(wú)磨損、壽命長(zhǎng)。三、位置檢測(cè)元件第三十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4040數(shù)控機(jī)床常用的幾種位置檢測(cè)元件第四十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)41414.2伺服驅(qū)動(dòng)裝置（一）概述伺服系統(tǒng)是以機(jī)械位置或角度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)電路伺服驅(qū)動(dòng)裝置(電機(jī))機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行部件CNC伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)42424.2伺服驅(qū)動(dòng)裝置（一）概述在數(shù)控機(jī)床中，CNC控制器經(jīng)過(guò)插補(bǔ)運(yùn)算生成的進(jìn)給脈沖或進(jìn)給位移量指令輸入到伺服系統(tǒng)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)變換和傳遞放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)，主軸頭架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為機(jī)床機(jī)械部件高精度運(yùn)動(dòng)。

第四十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)43434.2伺服驅(qū)動(dòng)裝置（一）概述

伺服系統(tǒng)既是數(shù)控機(jī)床控制器與刀具、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié)．又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié)，它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能。因此．伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。第四十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4444（二）伺服系統(tǒng)的基本技術(shù)要求1、精度高伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。作為數(shù)控加工，對(duì)定位精度和輪廓加工精度要求都比較高，定位精度一般為0.01-0.001mm，甚至0.1um。2、穩(wěn)定性好穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。對(duì)伺服系統(tǒng)要求有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證進(jìn)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。第四十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4545（二）伺服系統(tǒng)的基本技術(shù)要求3、能夠快速響應(yīng)快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，要求伺服系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快。4、調(diào)速范圍寬不僅能滿(mǎn)足低速切削進(jìn)給要求，如5mm/min，還要求滿(mǎn)足高速進(jìn)給要求，如20000mm/min。第四十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4646（三）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展概況

在50年代，數(shù)控機(jī)床主要采用液壓驅(qū)動(dòng)，稱(chēng)為液壓伺服系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是剛性好，時(shí)間常數(shù)小。60年代初，在日本首次推出了步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用維修方便，所以在數(shù)控設(shè)備中被廣泛采用.隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度、速度等性能指標(biāo)要求更高，輸出功率要求更大，而步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能滿(mǎn)足要求。70年代，直流電機(jī)伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制，精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，調(diào)速范圍可達(dá)1：10000，運(yùn)行速度提高到15-24m/min。第四十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4747（三）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展概況

直流電機(jī)伺服系統(tǒng)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。在80年代以后，微機(jī)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，為交流電機(jī)伺服系統(tǒng)的調(diào)速控制提供了條件，伺服系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逐漸取代了直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)：1975年，直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占80%，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占20%；1985年，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占80%，直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占20%。第四十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4848（四）數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的要求

為了滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求，對(duì)電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件——伺服電動(dòng)機(jī)也必須有較高的要求；①電動(dòng)機(jī)從最低進(jìn)給速度到最高進(jìn)給速度范圍內(nèi)都能平滑地運(yùn)轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)速波動(dòng)要小，尤其在最低速度轉(zhuǎn)速時(shí)，如0.1r／min或更低轉(zhuǎn)速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。②電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有大的、較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿(mǎn)足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。例如，電動(dòng)機(jī)能在數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載4－6倍而不損壞。

第四十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4949（四）數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的要求

③為了滿(mǎn)足快速響應(yīng)的要求，即隨著控制信號(hào)的變化，電動(dòng)機(jī)應(yīng)能在較短時(shí)間內(nèi)完成必須的動(dòng)作。快的反應(yīng)速度直接影響到系統(tǒng)的品質(zhì)。因此，要求電動(dòng)機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，盡可能小的電動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)和起動(dòng)電壓。④電動(dòng)機(jī)應(yīng)能承受頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。

第四十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)50主軸電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)伺服電機(jī)刀庫(kù)刀具定位電機(jī)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī)第五十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5151（五）常用伺服電動(dòng)機(jī)常用的伺服執(zhí)行元件主要有:

直流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)第五十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5252

1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的電磁裝置。由于所用電源是脈沖電源，所以也稱(chēng)為脈沖馬達(dá)。

步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的電機(jī)，一般電機(jī)通電后連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電機(jī)則跟隨輸入脈沖按節(jié)拍一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為一步。每一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度叫做步距角。步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格地成正比例，在時(shí)間上與輸入脈沖同步。因此，只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率、及電機(jī)繞組通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。第五十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5353

2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理通過(guò)被勵(lì)磁的定子的電磁力吸引轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)矩。即電磁作用原理。例如：三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第五十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5454實(shí)際的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第五十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5555ABCCPABCABCABC三相單三拍優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：在換相時(shí)，失去自鎖轉(zhuǎn)矩，容易失步；轉(zhuǎn)子易在平衡位置振動(dòng)。第五十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5656ABCCPABBCCAABBCCAABBCCA三相雙三拍（環(huán)分）第五十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)57結(jié)論步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度（或走的步數(shù)）與控制脈沖的個(gè)數(shù)成正比；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率成正比；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向由勵(lì)磁繞組的通電順序決定。三相六拍：A-AB-B-BC-C-CA

A-AC-C-CB-B-BA

第五十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)58583.步進(jìn)電機(jī)的主要特性1）步距角和靜態(tài)步距誤差m—定子相數(shù)；Z—轉(zhuǎn)子齒數(shù)；Q—拍數(shù)與相數(shù)之比在一周內(nèi)各步誤差的最大值，被定為步距誤差。它的大小是由制造精度、齒槽的分布和氣隙等因素決定的。靜態(tài)步距誤差一般在10’以?xún)?nèi)。第五十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)592）矩角特性與最大靜轉(zhuǎn)矩靜轉(zhuǎn)矩：是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩與外加轉(zhuǎn)矩M相同時(shí)所輸出的轉(zhuǎn)矩；失調(diào)角：轉(zhuǎn)子上作用外轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)子齒軸線(xiàn)偏離初始平衡位置的電角度θe；第五十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)602）矩角特性與最大靜轉(zhuǎn)矩矩角特性：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩隨失調(diào)角的變化規(guī)律。最大靜轉(zhuǎn)矩：矩角特性上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值。它表示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)承受負(fù)載的能力。第六十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)613）空載啟動(dòng)頻率（步/秒）空載運(yùn)行頻率：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載啟動(dòng)后，連續(xù)提高脈沖頻率至電動(dòng)機(jī)不失步運(yùn)行的最高頻率。4）空載運(yùn)行頻率（步/秒）啟動(dòng)頻率：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)（不丟步）所能承受的最高控制頻率。是衡量電機(jī)快速性能的重要技術(shù)數(shù)據(jù)。啟動(dòng)頻率比運(yùn)行頻率小的多。在使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)一般需要升降速控制。第六十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)625）啟動(dòng)矩頻特性啟動(dòng)矩頻特性：?jiǎn)?dòng)頻率隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大而減小的關(guān)系。6）運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與控制信號(hào)頻率的關(guān)系。第六十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)637）輸出轉(zhuǎn)距指與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各種轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的輸出扭矩。如施加超過(guò)輸出扭矩的負(fù)載扭矩時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就會(huì)失步或停轉(zhuǎn)，因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載扭矩必須小于輸出轉(zhuǎn)矩。第六十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)6464失步：由于某種原因，雖然給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)施加了控制脈沖，但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有走步。越步：由于某種原因，沒(méi)有給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)施加控制脈沖，但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有走步。何謂步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步與越步？機(jī)電結(jié)合分析引起失步與越步的原因，指出使用和選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)如何避免這種現(xiàn)象的發(fā)生？？第六十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)658）步進(jìn)運(yùn)行和低頻振蕩

當(dāng)控制脈沖的時(shí)間間隔大于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間時(shí)，電機(jī)呈步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中存在著振蕩，它有一個(gè)固有頻率，當(dāng)控制脈沖頻率等于固有頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生振蕩。第六十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)66664.步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)進(jìn)給的傳動(dòng)計(jì)算及電機(jī)選用1）傳動(dòng)計(jì)算脈沖當(dāng)量：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)指令脈沖，工作臺(tái)所移動(dòng)的距離。它決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度和最高工作頻率。第六十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)67672）步進(jìn)電機(jī)的選用

首先，根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩,Tjmax/TL=2~5；其次，根據(jù)脈沖當(dāng)量計(jì)算步距角；第三，確定啟停最高頻率；

最后，確定最高工作頻率。第六十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)68685.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交流電源上工作，而必須使用專(zhuān)用設(shè)備——步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能是電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器兩者的綜合效果。在數(shù)控機(jī)床中使用的驅(qū)動(dòng)器有一軸一板型，也有一相一板型，前者維護(hù)方便，但穩(wěn)定性差；后者集成度高，可靠性高，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。接口電路CPU環(huán)形分配器功率放大器光電隔離

驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第六十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)69695.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器由環(huán)形分配器、功率放大器及其他控制電路組成，數(shù)控裝置發(fā)出脈沖信號(hào)通過(guò)環(huán)形分配器形成按一定順序的脈沖，例如A-B-C-A-…這些脈沖經(jīng)功率放大后加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組上。接口電路CPU環(huán)形分配器功率放大器光電隔離

驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第六十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)70701）環(huán)形分配器環(huán)形分配器：控制脈沖通過(guò)脈沖分配器控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組按一定順序接通、斷電，使電機(jī)繞組的通電按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化。ABCCPABCABCABC三相單三拍第七十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7171硬件環(huán)形分配器第七十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7272軟件環(huán)形分配器（軟環(huán)分）

特點(diǎn)：硬件簡(jiǎn)單；占用CPU時(shí)間多，只用于速度要求不高，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。第七十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)73功率放大器（驅(qū)動(dòng)電源）作用：將數(shù)控系統(tǒng)輸出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的強(qiáng)電信號(hào)。種類(lèi)：?jiǎn)坞妷候?qū)動(dòng)電路高低壓驅(qū)動(dòng)電路恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路第七十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)74742）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)1、單電壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、工作頻率不高第七十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)75752、雙電壓驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、工作頻率高第七十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)76763、恒流斬波啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、工作頻率高，電源效率高。第七十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7777脈沖控制模式選擇控制信號(hào)輸入接電動(dòng)機(jī)各相接電源接屏蔽地整、半步選擇選擇方向選擇自動(dòng)試機(jī)運(yùn)行3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)例第七十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)78784）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)第七十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)79796.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為三類(lèi)：

反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

第七十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8080反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又叫做可變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)：

①步距角小，因?yàn)榉磻?yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子是采用軟磁材料做成的，允許的最小步距情況下，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)可以做得很多;②勵(lì)磁電流較大，要求驅(qū)動(dòng)電源功率較大;③電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部阻尼較小，當(dāng)相數(shù)較少時(shí)，單相運(yùn)行振蕩時(shí)間較長(zhǎng);④斷電后無(wú)定位轉(zhuǎn)矩。

第八十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8181永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是轉(zhuǎn)子或定子的某一方具有永久磁鋼的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，另一方是由軟磁材料制成。繞組輪流通電，建立的磁場(chǎng)與永久磁鋼的恒定磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。特點(diǎn)：①步距角大，這是因?yàn)樵谝粋€(gè)圓周上能形成的磁極數(shù)受到極弧尺寸的限制;②控制功率小，效率高;③內(nèi)阻尼較大．單步振蕩時(shí)間短;④斷電后具有一定的定位轉(zhuǎn)矩。例如濟(jì)南機(jī)床一廠生產(chǎn)的J1BNC320B數(shù)控機(jī)床上使用的110YG001就是永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。第八十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8282永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)它是反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)合。所以常稱(chēng)此類(lèi)電動(dòng)機(jī)為混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它可以做成像反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一樣的小步距，也具有永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制功率小的優(yōu)點(diǎn)。它常常也作為低速同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)代表了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最新發(fā)展。國(guó)外主流品種，國(guó)內(nèi)也已大面積取代反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)成為市場(chǎng)熱點(diǎn)。例如濟(jì)南機(jī)床一廠生產(chǎn)的CK6132、CK6125數(shù)控機(jī)床上使用的BYG404就是混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。第八十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8383直流伺服電動(dòng)機(jī)采用直流伺服驅(qū)動(dòng)器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽刂频闹绷麟婒?qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)。速度控制單元接受轉(zhuǎn)速指令信號(hào)，改變相應(yīng)的直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。直流伺服驅(qū)動(dòng)器較多的采用晶閘管調(diào)速系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)壓調(diào)速調(diào)電阻調(diào)速調(diào)勵(lì)磁調(diào)速第八十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8484

調(diào)壓調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方法發(fā)電機(jī)調(diào)壓（G-M）可控硅調(diào)壓（SCR）脈寬調(diào)制調(diào)壓（PWM）第八十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8585

位置伺服工作原理

第八十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8686

(1)永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)系指以永磁材料獲得勵(lì)磁磁場(chǎng)的一類(lèi)直流電動(dòng)機(jī)。永磁式直流電動(dòng)機(jī)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(yīng)迅速、功率體積比大、功率質(zhì)量比大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。永磁式直流電動(dòng)機(jī)能在較大過(guò)載轉(zhuǎn)距下長(zhǎng)時(shí)間工作。它的轉(zhuǎn)子慣量較大，可以直接與絲杠相連而不需中間傳動(dòng)裝置。永磁式直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是需要電刷，限制了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，永磁直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)同一般直流電動(dòng)機(jī)相似，但電摳鐵心長(zhǎng)度對(duì)直徑的比大些．氣隙較小，在相同功率的情況下，轉(zhuǎn)子慣量較小。第八十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8787

(2)小慣量直流電動(dòng)機(jī)

小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，很適合于要求有快速響應(yīng)的伺服系統(tǒng)，但其過(guò)載能力低，電樞慣量與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)匹配較差。第八十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2