《數(shù)控加工技術(shù)》課件-項(xiàng)目六 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)

任務(wù)一概述項(xiàng)目六數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)任務(wù)二開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)任務(wù)四閉環(huán)伺服系統(tǒng)任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置任務(wù)一概述1.調(diào)速范圍要寬2.精度要高3.響應(yīng)要快4.低速大轉(zhuǎn)矩5.穩(wěn)定性要好，可靠性要高。ìí?進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用途和功能主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)ì?ìíí???電液伺服系統(tǒng)動(dòng)作原理直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)ì?í??開環(huán)系統(tǒng)控制原理半閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)二．伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類一．?dāng)?shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補(bǔ)指令脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大a.開環(huán)伺服系統(tǒng)b.閉環(huán)(半閉環(huán))伺服系統(tǒng)位置控制調(diào)節(jié)器++實(shí)際位置反饋速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制元件--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際速度反饋任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置任務(wù)一概述2.進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng)3.直流伺服驅(qū)動(dòng)與交流伺服驅(qū)動(dòng)++位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋C、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)任務(wù)二開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)1.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.步進(jìn)電機(jī)的主要特性1).步距角和靜態(tài)步距誤差步距角指步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。步距角計(jì)算式為：0360mzka=m—定子相數(shù)；z—轉(zhuǎn)子齒數(shù)；k—拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)一．步進(jìn)電機(jī)任務(wù)二開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)2).啟動(dòng)頻率啟動(dòng)頻率指空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率。3).連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率最高工作頻率指步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，不丟步運(yùn)行的極限頻率。4).加減速特性加減速特性是描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系。5).矩頻特性與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)距矩頻特性是描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。任務(wù)二開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)提高開環(huán)系統(tǒng)伺服精度從結(jié)構(gòu)上講有：改善步進(jìn)電機(jī)的性能、減小步距角、采用精密傳動(dòng)副、減小傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)間隙等方法。從控制方法上講有：傳動(dòng)間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償、細(xì)分線路。1.傳動(dòng)間隙補(bǔ)償

傳動(dòng)間隙補(bǔ)償?shù)幕痉椒椋号袆e進(jìn)給方向變化后，首先不向步進(jìn)電機(jī)輸送反向位移脈沖，而是將間隙值換算為脈沖數(shù)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，越過傳動(dòng)間隙，待間隙補(bǔ)償結(jié)束后再按指令脈沖進(jìn)行動(dòng)作。二.提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)精度的措施任務(wù)二開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)2.螺距誤差補(bǔ)償

傳動(dòng)鏈中的滾珠絲杠螺距累積誤差直接影響工作臺(tái)的位移精度，為數(shù)控設(shè)備提供了自動(dòng)螺距誤差補(bǔ)償功能來解決這個(gè)問題。3.細(xì)分線路

細(xì)分線路是把步進(jìn)電機(jī)的一步再分得細(xì)一些。如十細(xì)分線路，將原來輸入一個(gè)進(jìn)給脈沖步進(jìn)電機(jī)走一步變?yōu)檩斎胧畟€(gè)脈沖才走一步。任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置檢測(cè)元件是閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。1．對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求1)工作可靠，抗干擾性強(qiáng)；3)使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床的工作環(huán)境；2．位置檢測(cè)裝置的分類一．概述2)能滿足精度和速度的要求；4)成本低。任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置1.旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)變壓器是—種轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件。它是一種小型的交流發(fā)電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組能通過固定在殼體上的接線柱直接引出，轉(zhuǎn)子繞組有兩種不同的引出方式，根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的引出方式，旋轉(zhuǎn)變壓器分有刷和無刷兩種。有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷直接引出。無有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器由旋轉(zhuǎn)變壓器本體和附加變壓器兩大部分組成。二．旋轉(zhuǎn)變壓器任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置2.旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理

旋轉(zhuǎn)變壓器一般采用正弦繞組的繞組形式。當(dāng)激磁電壓加到定子繞組上時(shí)，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。設(shè)在定子繞組上的激磁電壓為，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2EtVVmwsin1=tKVKVEmwqqsincoscos12==K—電磁耦合系數(shù)mVsV的幅值q—轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子的磁軸垂直時(shí)，θ=90。若轉(zhuǎn)子安裝在機(jī)床絲杠上，定子安裝在機(jī)床底座上，則角代表的是絲杠轉(zhuǎn)過的角度，它間接反映了機(jī)床工作臺(tái)的位移?！?jiǎng)t：任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置感應(yīng)同步器是利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的位置檢測(cè)元件。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為：旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。1.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)

定尺和滑尺的基板由與機(jī)床熱膨脹系數(shù)相似的鋼板做成、鋼板上用絕緣粘結(jié)劑貼有銅箔，并利用照相腐蝕的辦法做成印制繞組。感應(yīng)同步器定尺和滑尺繞組的節(jié)距相等，均為２τ，這是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)，工藝上要保證其節(jié)距的精度。三．感應(yīng)同步器任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置mV2.感應(yīng)同步器的工作原理是加在滑尺任一繞組上的激磁交變電壓：

定尺繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

當(dāng)滑尺移動(dòng)的距離為X時(shí)，則對(duì)應(yīng)于感應(yīng)電勢(shì)以余弦函數(shù)將變化θ角：SVtVVmswsin=tKVKVVmSBwqqsincoscos==Kq—電磁耦合系數(shù)—的幅值—反映的是定尺和滑尺的相對(duì)移動(dòng)的距離x。SVptptqxx==22設(shè)任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置1．光柵的結(jié)構(gòu)

光柵通常作為高精度數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)元件，將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。光柵分類為：

透射光柵是在玻璃表面上制成一系列平行等距的透光縫隙和不透光的柵線，反射光柵是在金屬的鏡面上制成全反射和漫反射間隔相等的條紋。條紋之間的距離稱為柵距。光柵檢測(cè)裝置主要由光源、聚光鏡、標(biāo)尺光柵、指示光柵和光敏元件。ìí?圓光柵長(zhǎng)光柵ìí?透射光柵反射光柵四．光柵2、光柵的工作原理指示光柵標(biāo)尺光柵任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置光柵檢測(cè)裝置的組成

3、光柵的效應(yīng)4、莫爾條紋的特點(diǎn)1）放大性橫向效應(yīng)縱向效應(yīng)斜向效應(yīng)

直線效應(yīng)弧線效應(yīng)任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置2）平均效應(yīng)

莫爾條紋是由若干條線紋共同形成的，對(duì)個(gè)別光柵線紋之間的誤差具有平均效應(yīng)，能消除柵距不均勻所造成的影響。任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置3）移動(dòng)規(guī)律

光柵相對(duì)移動(dòng)一個(gè)W，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)B，當(dāng)光柵移動(dòng)方向變化時(shí)，莫爾條紋的移動(dòng)方向也變化。4、莫爾條紋的特點(diǎn)1）放大性6、光柵產(chǎn)品簡(jiǎn)介b.敞開式光柵尺a.封閉式光柵尺c.長(zhǎng)度計(jì)任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的檢測(cè)角位移的傳感器。按編碼的方式分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器；按結(jié)構(gòu)分為接觸式編碼器、光電式編碼器和電磁式編碼器。1.增量式光電編碼器

五．脈沖編碼器任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置2.絕對(duì)式光電編碼器

絕對(duì)式光電編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制編碼方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。圖表示按二進(jìn)制編碼構(gòu)成絕對(duì)式編碼器的工作原理。其中白的部分表示透光，黑的部分表示不透光。當(dāng)光源通過透光部分并為光電接收器接收時(shí)表示“1”信息，反之表示“O”信息。最里層的表示最高位，最外層的表示最低位。

任務(wù)四閉環(huán)伺服系統(tǒng)1.直流伺服電機(jī)1).小慣量直流伺服電機(jī)2).寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)3).直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)直流伺服電機(jī)的調(diào)整方法主要是調(diào)整電機(jī)電樞電壓，使用最為廣泛的方法是晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速。一