四数控机床的驱动与控制系统()

《四数控机床的驱动与控制系统()》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四数控机床的驱动与控制系统()（141页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、数控技术数控技术 昆明学院自动控制与机械工程学院昆明学院自动控制与机械工程学院 戴丽玲戴丽玲 * * 1 1 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 一、CNC主要功能及组成 主要功能： 位置控制：刀具与工件的相对位置及轨迹控制（ 即程序编制中的G代码功能）。 功能控制：主要是开关量控制信号处理（即程序 编制中的M代码功能） 。 信号处理：系统运行状态信号的分析处理（信号 检测和处理）。 系统组成：输入输出设备、CNC装置、伺服驱动 及位置检 测装置、辅助机能驱动电路、数控系统软件 。 4-1 概述 DateDate 2 2 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控

2、制系统数控机床的驱动与控制系统 4-1 概述 二、CNC系统的主要特点 1. 系统柔性好、通用性强 不同于NC(硬线数控)，CNC软件结构变更性强，功能 易于拓展。 2. 易于实现多功能 CNC丰富的指令系统可进行高次曲线插补、刀补、多 坐标联动控制和在线编程等。 3. 系统可靠性高 大部分功能由软件实行，减少了硬件出错率。 4. 维修方便 采用模块化结构并配有自诊断软件。 5. 通信功能强 通常配有RS232C或DNC接口，便于实现DNC、FMS 、CIMS等系统的联机通讯； 6. 图形编程功能 具有人机交互图形自动编程功能。 DateDate 3 3 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控

3、制系统数控机床的驱动与控制系统 4-2 位移、速度、位置传感器 一、检测元件的作用与分类 l作用： 检测工作台或丝杠的直线位移（角位移） 和线速度（角速度）并形成反馈控制 l主要技术指标： 可靠性、抗干扰性、分辨率、响应速度等 l分辨率： 位移检测系统能够测量的最小位移量 l分辨率选择： 测量系统的分辨率应比加工精度高一个数 量级 l检测系统的选择： 大型机床：速度响应要高 中小型和高精度机床：以满足精度要求为 主 分类 DateDate 4 4 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 4-2 位移、速度、位置传感器 DateDate 5 5 *数控技术数控技术

4、数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 4-2 位移、速度、位置传感器 二、旋转变压器 旋转变压器的结构和工作原理 结构：由定子和转子组成的旋转式小型交流电机 ，如图 DateDate 6 6 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 工作原理： 根据互感原理工作，平行时互感最大 ，副边感应电动势最大；垂直时互感为零，副 边感应电动势最小，如图。 4-2 位移、速度、位置传感器 副边绕组产生副边绕组产生 的感应电压为的感应电压为 当当转子绕组磁轴与转子绕组磁轴与 定子绕组磁轴平行定子绕组磁轴平行 时，即时，即 9090 时，时， 互感电压最大：互感电压最大

5、： DateDate 7 7 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 4-2 位移、速度、位置传感器 旋转变压器的工作 方式 鉴相方式 鉴幅方式 定子和转子空间结构定子和转子空间结构 1 1）鉴相方式）鉴相方式 正弦绕组和余弦绕组分别加上正弦绕组和余弦绕组分别加上 幅值相同、频率相同、相位相差幅值相同、频率相同、相位相差 9090 o o 的正弦交流电压：的正弦交流电压： DateDate 8 8 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 2 2）鉴幅方式）鉴幅方式 正弦绕组和余弦绕组分别加上频率相同、相位相等正弦绕组和余弦绕组分别加上

6、频率相同、相位相等 、幅值分别按正弦、余弦规律变化的交变电压：、幅值分别按正弦、余弦规律变化的交变电压： 4-2 位移、速度、位置传感器 DateDate 9 9 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 三、感应同步器 感应同步器结构：相当于展开的多级旋转变压器， 见图4-6。 4-2 位移、速度、位置传感器 DateDate1010 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 2. 感应同步器工作原 理 相当于旋转变压器的 原理如图 4-2 位移、速度、位置传感器 1 1）鉴相方式）鉴相方式 正弦绕组和余弦绕组分别加上幅值相同正弦绕组和

7、余弦绕组分别加上幅值相同 、频率相同、相位相差、频率相同、相位相差9090 o o 的交流电压的交流电压 ： 分别在定尺绕组上产生感应电压分别在定尺绕组上产生感应电压 ： DateDate1111 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 4-2 位移、速度、位置传感器 鉴相系统结构框图鉴相系统结构框图 DateDate1212 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 4-2 位移、速度、位置传感器 2 2）鉴幅方式）鉴幅方式 正弦绕组和余弦绕组分别加上频率相同、相位相等正弦绕组和余弦绕组分别加上频率相同、相位相等 、幅值分别按正弦、余

8、弦规律变化的交变电压：、幅值分别按正弦、余弦规律变化的交变电压： DateDate1313 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 鉴幅系统结构框图鉴幅系统结构框图 4-2 位移、速度、位置传感器 DateDate1414 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 3. 感应同步器的特点 安装： 定尺与滑尺之间的间隙应控制在 0.250.05mm范围内，间隙变化控制范围0.01mm 。 特点： l精度高 l测量范围大 l环境适应性强 l维护简单、寿命长 4-2 位移、速度、位置传感器 DateDate1515 *数控技术数控技术 数控机

9、床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 光栅是将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反 馈给CNC装置，实现闭环位置控制的检测装置，是等 节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元 件。 光光 栅栅 4-2 位移、速度、位置传感器 DateDate1616 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 光栅线位移传感器 DateDate1717 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 注塑光学光栅 DateDate1818 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 精度高,可达1m,工作原理利用光的透射和

10、衍射现象,可测直线或转角。非接触测量，抗干扰能力 强，但对环境要求高。 一、光栅的构造 1. 光栅尺的构造和种类 标尺光栅 固定在机床活动部件上 指示光栅 安装在读数头内 光栅 DateDate1919 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 光栅 长光栅长光栅 圆光栅圆光栅 DateDate2020 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 四、光栅测量装置 光栅的工作原理 组成：长光栅（标尺光栅）、短光栅（指示光栅） 、狭缝、 光学镜和光电管，见图4-10。 4-2 位移、速度、位置传感器 图图4.10 4.10 光栅结构图光栅结构

11、图 DateDate2121 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 4-2 位移、速度、位置传感器 光栅：刻有刻线的光学玻璃光栅：刻有刻线的光学玻璃 栅距：光栅上相邻两刻线间的距离栅距：光栅上相邻两刻线间的距离 工作原理：莫尔条纹的工作原理工作原理：莫尔条纹的工作原理 图图4-114-11 DateDate2222 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 莫尔条纹具有以下特征： （1）莫尔条纹的正（余）弦变化规律 （2）莫尔条纹平均误差的作用 莫尔条纹由光栅的大量刻线共同形成，对线 纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程度上消除误

12、差的影响。 （3）莫尔条纹的光学放大作用 若=0.01mm，=0.01rad， W=1mm，莫 尔条纹就放大了100倍。 （4）莫尔条纹的移动与光栅移动成比例： 在两光栅沿刻线的垂直方向作相对移动时， 莫尔条纹在刻线方向移动。两光栅相对移动一个栅距W ，莫尔条纹也同步移动一个间距。固定点上的光强则变 化一周。而且在光栅反向移动时，莫尔条纹移动方向也 随之反向。 4-2 位移、速度、位置传感器 DateDate2323 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 光栅测量装置 分光读数头 垂直入射读数头 反射读数头 光栅检测装置电路 四倍频细分 方向辨别 4-2 位移、

13、速度、位置传感器 DateDate2424 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 光电脉冲编码器 DateDate2525 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 五、脉冲编码器 功能：角位移测量 特点：非接触式检测、驱动力小、检测速度快 分类：增量式编码器和绝对式编码器两种 增量式编码器 组成：光源、光电盘、光电接收元件 工作原理： 信号处理：信号接收、放大、整形及反馈 方向辨别：DA、DB空间相差90o 基准脉冲：由DC产生 缺点：停电或停机后，无法找到原始位置 4-2 位移、速度、位置传感器 DateDate2626 *数控技

14、术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 4-2 位移、速度、位置传感器 增量式编码器 DateDate2727 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 4-2 位移、速度、位置传感器 2.2. 绝对式编码器绝对式编码器 分类：分类：机械式、光电式、磁电式机械式、光电式、磁电式 组成及原理：组成及原理：编码盘、信号产生元件、信号接收元件编码盘、信号产生元件、信号接收元件 20 21 22 23 DateDate2828 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 六、速度传感器（自学） 测速发电机 特点： v输出电压与

15、转速严格的成线性关系 v输出电势与转速比的斜率大 脉冲编码器的使用 v编码器+定时器 七、位置传感器（自学） 特点： v不同于位移传感器，该传感器仅用于定 位测量 接触式位置传感器 接近式位置传感器 4-2 位移、速度、位置传感器 DateDate2929 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 4-3 伺服驱动装置 一、概述 伺服系统的组成 伺服驱动电路：信号的转换（D/A）和放大 伺服驱动电机：信号和能量的转化输出（电机 ） 机械传动机构：信号和能量传递 作用：接收数控系统的指令，驱动执行机构完成预 定的进给和快速运动。 特点：能够实现位置和运动的准确控制 分

16、类：开环伺服系统和闭环伺服系统 DateDate3030 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 1. 开环伺服系统 组成：步进电机、驱动电路、传动机构 工作原理： 4-3 伺服驱动装置 DateDate3131 *数控技术数控技术 数控机床的驱动与控制系统数控机床的驱动与控制系统 特点特点 1 1）无位移检测装置，控制精度低）无位移检测装置，控制精度低 2 2）结构简单、易于调整、成本低。）结构简单、易于调整、成本低。 主要技术指标主要技术指标 1 1）定位精度可达定位精度可达0.02mm0.02mm 2 2）脉冲当量可达脉冲当量可达0.01mm0.01mm 3 3）最高进给速度低于最高进给速度低于6m/min6m/min 应用应用 经济型数控机床及机床数控化改造经济型数控机床及机床数控化改造 4-3 伺服