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安徽工程科技学院机械工程系二零零六年九月班级:机制第一节概述第六章数控机床的伺服系统第二节开环步进式伺服系统第四节闭环伺服系统第三节数控机床的检测装置第一节概述教案171.调速范围要宽2.精度要高3.响应要快4.低速大转矩5.稳定性要好，可靠性要高。进给驱动系统用途和功能主轴驱动系统电液伺服系统动作原理直流伺服驱动系统电气驱动系统交流伺服驱动系统开环系统控制原理半闭环系统闭环系统二．伺服驱动系统的分类一．数控机床对伺服系统的要求教案18电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大a.开环伺服系统b.闭环(半闭环)伺服系统位置控制调节器++实际位置反馈速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制元件--电机机械执行部件CNC插补指令实际速度反馈第一节概述第一节概述教案172.进给驱动与主轴驱动3.直流伺服驱动与交流伺服驱动++位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈C、半闭环伺服系统第二节开环步进式伺服系统教案171.步进电机的结构和工作原理2.步进电机的主要特性1).步距角和静态步距误差步距角指步进电机定子绕组通电状态每改变一次，转子转过的角度。步距角计算式为：0360mzka=m—定子相数；z—转子齿数；k—拍数与相数的比例系数一．步进电机第二节开环步进式伺服系统教案172).启动频率启动频率指空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进入不丢步的正常运行的最高频率。3).连续运行的最高工作频率最高工作频率指步进电机连续运行时，不丢步运行的极限频率。4).加减速特性加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。5).矩频特性与动态转距矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系。第二节开环步进式伺服系统教案17提高开环系统伺服精度从结构上讲有：改善步进电机的性能、减小步距角、采用精密传动副、减小传动链中传动间隙等方法。从控制方法上讲有：传动间隙补偿、螺距误差补偿、细分线路。1.传动间隙补偿传动间隙补偿的基本方法为：判别进给方向变化后，首先不向步进电机输送反向位移脉冲，而是将间隙值换算为脉冲数，驱动步进电机转动，越过传动间隙，待间隙补偿结束后再按指令脉冲进行动作。二.提高步进伺服系统精度的措施第二节开环步进式伺服系统教案172.螺距误差补偿传动链中的滚珠丝杠螺距累积误差直接影响工作台的位移精度，为数控设备提供了自动螺距误差补偿功能来解决这个问题。3.细分线路细分线路是把步进电机的一步再分得细一些。如十细分线路，将原来输入一个进给脉冲步进电机走一步变为输入十个脉冲才走一步。第三节数控机床的检测装置教案18检测元件是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分。1．对位置检测装置的要求1)工作可靠，抗干扰性强；3)使用维护方便，适应机床的工作环境；2．位置检测装置的分类一．概述2)能满足精度和速度的要求；4)成本低。第三节数控机床的检测装置教案181.旋转变压器结构旋转变压器是—种转角检测元件。它是一种小型的交流发电机，由定子和转子组成。定子绕组能通过固定在壳体上的接线柱直接引出，转子绕组有两种不同的引出方式，根据转子绕组的引出方式，旋转变压器分有刷和无刷两种。有刷式旋转变压器的转子绕组通过滑环和电刷直接引出。无有刷式旋转变压器由旋转变压器本体和附加变压器两大部分组成。二．旋转变压器第三节数控机床的检测装置教案182.旋转变压器工作原理旋转变压器一般采用正弦绕组的绕组形式。当激磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势。设在定子绕组上的激磁电压为，通过电磁耦合，转子绕组将产生感应电动势2EtVVmwsin1=tKVKVEmwqqsincoscos12==K—电磁耦合系数mVsV的幅值q—转子的转角，当转子和定子的磁轴垂直时，θ=90。若转子安装在机床丝杠上，定子安装在机床底座上，则角代表的是丝杠转过的角度，它间接反映了机床工作台的位移。—则：第三节数控机床的检测装置教案18感应同步器是利用电磁耦合原理，将位移或转角转变为电信号的位置检测元件。根据结构特点可分为：旋转式和直线式两种。1.感应同步器的结构定尺和滑尺的基板由与机床热膨胀系数相似的钢板做成、钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用照相腐蚀的办法做成印制绕组。感应同步器定尺和滑尺绕组的节距相等，均为２τ，这是衡量感应同步器精度的主要参数，工艺上要保证其节距的精度。三．感应同步器第三节数控机床的检测装置教案18mV2.感应同步器的工作原理是加在滑尺任一绕组上的激磁交变电压：定尺绕组上的感应电动势为：当滑尺移动的距离为X时，则对应于感应电势以余弦函数将变化θ角：SVtVVmswsin=tKVKVVmSBwqqsincoscos==Kq—电磁耦合系数—的幅值—反映的是定尺和滑尺的相对移动的距离x。SVptptqxx==22设第三节数控机床的检测装置教案181．光栅的结构光栅通常作为高精度数控机床的位置检测元件，将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给数控装置，实现闭环位置控制。光栅分类为：透射光栅是在玻璃表面上制成一系列平行等距的透光缝隙和不透光的栅线，反射光栅是在金属的镜面上制成全反射和漫反射间隔相等的条纹。条纹之间的距离称为栅距。光栅检测装置主要由光源、聚光镜、标尺光栅、指示光栅和光敏元件。圆光栅长光栅透射光栅反射光栅四．光栅教案182、光栅的工作原理指示光栅标尺光栅q光栅检测装置的组成第三节数控机床的检测装置教案183、光栅的效应2sin(/2)WWBqq=4、莫尔条纹的特点1）放大性横向效应纵向效应斜向效应直线效应弧线效应第三节数控机床的检测装置教案182）平均效应莫尔条纹是由若干条线纹共同形成的，对个别光栅线纹之间的误差具有平均效应，能消除栅距不均匀所造成的影响。3）移动规律光栅相对移动一个W，莫尔条纹移动一个B，当光栅移动方向变化时，莫尔条纹的移动方向也变化。4、莫尔条纹的特点1）放大性第三节数控机床的检测装置教案185、光栅在数控机床中的应用1.工作台移动位移的检测B→W，可计算出位移x。2.工作台移动速度的检测根据光强的变化频率可推断出两光栅尺的相对位移速度。3.工作台移动方向的检测测量通过A与B的莫尔条纹相位超前滞后关系，可判断出移动方向。AB第三节数控机床的检测装置教案186、光栅产品简介b.敞开式光栅尺a.封闭式光栅尺c.长度计第三节数控机床的检测装置第三节数控机床的检测装置教案18脉冲编码器是一种旋转式的检测角位移的传感器。按编码的方式分为增量式编码器和绝对式编码器；按结构分为接触式编码器、光电式编码器和电磁式编码器。1.增量式光电编码器五．脉冲编码器第三节数控机床的检测装置教案182.绝对式光电编码器绝对式光电编码器是利用自然二进制或循环二进制编码方式进行光电转换的。图表示按二进制编码构成绝对式编码器的工作原理。其中白的部分表示透光，黑的部分表示不透光。当光源通过透光部分并为光电接收器接收时表示“1”信息，反之表示“O”信息。最里层的表示最高位，最外层的表示最低位。第四节闭环伺服系统教案191.直流伺服电机1).小惯量直流伺服电机2).宽调速直流伺服电动机3).直流伺服电动机的速度调节直流伺服电机的调整方法主要是调整电机电枢电压，使用最为广泛的方法是晶体管脉宽调制调速。一．闭环伺服系统执行元件第四节闭环伺服系统教案192.交流伺服电机1).交流感应异步电动机的结构和工作原理2).SPWM变频控制器第四节闭环伺服系统教案191.相位比较伺服系统2.幅值比较伺服系统二．闭环伺服驱动系统第四节闭环伺服系统教案193.脉冲比较伺服系统4.全数字式伺服系统全数字式伺服系统：是指系统中的控制信息全用数字量来处理。数控机床下课啦，休息一下*--*