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1、第4章 数控机床伺服系统,4.1 数控机床伺服系统概述 4.2 直 流 伺 服 系 统 4.3 交 流 伺 服 系 统 4.4 位 置 检 测 装 置,4.1 数控机床伺服系统概述,伺服系统是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，是一种位置随动系统。数控机床的伺服系统有两种，即进给伺服系统与主轴伺服系统。,4.1.1 伺服系统的组成 双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。,4.1.2 数控机床对伺服系统的要求 1进给调速范围宽 最高转速与最低转速之比。 2位置精度高 保证数控机床的定位精度和进给跟踪精度。闭环伺服系统的分辨率可以达到1m，数控装置的分辨率可以达0.1m 。,3速度响应快
2、 4低速大转矩 伺服驱动系统在低速进给时，要有大的输出转矩。,4.1.3 伺服系统的分类 1按有无反馈分类 （1）开环伺服系统 开环伺服系统无位置反馈装置，是数控机床中最简单的伺服系统 。,图4.2 开环伺服系统,（2）闭环伺服系统 闭环伺服系统是误差控制随动系统。,图4.3 闭环伺服系统,（3）半闭环伺服系统,图4.4 半闭环伺服系统,2按驱动装置类型分类 （1）电液伺服系统 （2）电气伺服系统,3按进给驱动和主轴驱动分类 （1）进给伺服系统 （2）主轴伺服系统,4按反馈比较控制方式分类 （1）脉冲、数字比较伺服系统 （2）相位比较伺服系统 （3）幅值比较伺服系统 （4）全数字伺服系统,4.
3、2 直 流 伺 服 系 统,4.2.1 直流伺服电机分类 1高速直流伺服电动机 2低速大扭矩宽调速电动机,4.2.2 永磁直流伺服电动机 1永磁直流伺服电机的结构与特点,图4.8 永磁式直流宽调速伺服电动机,2永磁直流伺服电机的选用 （1）对直流伺服电机的要求 （2）直流伺服电动机的选用,4.2.3 直流伺服系统主电路 4.2.4 晶闸管触发电路 4.2.5 直流电机晶闸管供电的速度控制系统 4.2.6 晶体管直流脉宽（PWM）调速系统,4.3 交 流 伺 服 系 统,4.3.1 交流伺服电机 固有缺点，如电刷和换向器易于磨损，需经常维护；换向时换向器会产生火花， 直流电机结构复杂，制造困难，
4、 交流电机的输出功率可比直流电机提高1070。此外，交流电机的容量可比直流电机做得大。,1交流伺服电机的分类和特点 （1）异步交流伺服电机（IM） （2）同步交流伺服电机（SM）,2永磁式交流伺服电机 （1）结构 永磁式交流伺服电机由定子、转子和检测元件三部分组成。如图4.26、图4.27所示。,图4.26 永磁交流伺服电机横截面,图4.27 永磁交流伺服电机纵剖面,（2）工作原理 （3）永磁式伺服电机的性能 永磁式伺服电机的性能可用转矩速度特性曲线描述。 高可靠性。 主要损耗在定子绕组与铁心上，故散热容易，便于安装时采取热保护措施；而直流电机损耗主要在转子上，散热困难。 转子惯量小，其结构允
5、许高速工作。 体积小、质量轻。,4.3.2 交流永磁电机调速系统 1交流电机的一般调速方法 2交流变频调速系统 3交流永磁同步电机调速系统,4.3.3 交流主轴驱动系统 1交流主轴电机 2几种新型主轴电机 3交流主轴电机的控制方法 4主轴准停控制,4.4 位 置 检 测 装 置,4.4.1 数控机床对检测元件的要求与检测元件的分类 主要要求是：寿命长，可靠性高，抗干扰能力强；满足精度和速度要求；使用维护方便，适合机床运行环境；成本低；便于与计算机联接。,常用位置检测元件主要有 脉冲编码器、 旋转变压器、 感应同步器 和光栅。,4.4.2 旋转变压器 1旋转变压器的工作原理 2旋转变压器的工作方式,4.4.3 脉冲编码器 脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器。 1脉冲编码器的工作原理,图4.45 光电盘工作原理示意图,2脉冲编码器结构 3绝对值脉冲编码器 通过读取编码盘上的图案确定轴的位置。,图4.48 光电绝对值编码器,4.4.4 光栅 （1）直线光栅（即长光栅） 玻璃透射光栅。 金属反射光栅。 （2）圆光栅 （3）计量光栅的精度,2工作原理,（a）结构图 （b）输出波形 图4.51 透射直线式光栅原理图,3光栅检测装置 （1）光栅读数头 （2）辨向方法,4.4.5 感应同步器 是一种电磁式位置检测元件。一般可分为直线式和旋转式两种。 1感应同步器结构,图4.58 直线感应同步器,
