數控編程第三十四講1第1頁，課件共47頁，創作于2023年2月三、伺服控制系統分類1、按控制方式分類位置控制系統可分為開環、半閉環和閉環三種。開環控制不需要位置檢測及反饋，半閉環、閉環控制需要位置檢測及反饋。2第2頁，課件共47頁，創作于2023年2月1）開環系統3第3頁，課件共47頁，創作于2023年2月如圖為開環伺服系統，它由步進電機及其驅動線路等組成。其功能是每輸入一個指令脈沖，步進電機就旋轉一定角度，步進電機的旋轉速度取決于指令脈沖的頻率、轉角的大小有指令脈沖數所決定。由于系統中沒有位置檢測器及反饋線路，因此，開環系統的精度較差，但由于結構簡單，易于調整，在精度不太高的場合中較廣泛的應用。4第4頁，課件共47頁，創作于2023年2月如圖是典型的閉環伺服系統，它由伺服電機、檢測器、比較線路、伺服放大線路等部分組成。2）閉環系統5第5頁，課件共47頁，創作于2023年2月它根據來自檢測器的反饋信號與指令信號比較的結果來進行速度和位置的控制。對大部份數控機床來說，其檢測反饋是從伺服電機軸或滾珠絲杠上取得的。對高精度或大型機床，才直接從安裝在工作臺等移動部件上的檢測器中取得反饋信號。為區別兩者起見，把前者稱之為半閉環系統。6第6頁，課件共47頁，創作于2023年2月直接測量工作臺等移動部件的位移從而建立反饋控制當然最好，但這種測量裝置的價格較高，安裝及調整都比較復雜且不易保養；相比之下半閉環系統中的測量轉角就比較容易，但其補償精度比閉環系統差，但系統簡單而且調整方便，現在已廣泛地應用在數控機床上。7第7頁，課件共47頁，創作于2023年2月2、按所驅動的伺服電動機分類（1）步進電動機伺服控制（2）直流伺服系統采用直流伺服驅動器將交流電轉變為可控制的直流電驅動直流伺服電動機。直流伺服驅動器所采用晶閘管(SCR)調速系統和晶體管脈寬調制(PWM)調速系統。（3）交流伺服系統采用改變交流伺服電動機的供電頻率的方法來達到電動機調速的目的8第8頁，課件共47頁，創作于2023年2月3、按進給驅動和主軸驅動分類（1）進給伺服系統是指一般意義的伺服系統，包括速度控制和位置控制。進給伺服系統要完成坐標軸的定位和輪廓跟蹤功能，是數控機床中要求最高的伺服系統。（2）主軸伺服系統一般只是一個速度控制系統，主要實現追大洲無級調速和滿足功率與扭矩的輸出。對其精度和快速響應要求也沒有進給伺服系統高。9第9頁，課件共47頁，創作于2023年2月作業：P314思考題1、3、4、510第10頁，課件共47頁，創作于2023年2月第六章數控機床的伺服系統第一節概述第二節進給驅動第三節主軸驅動第四節檢測元件第五節位置控制系統11第11頁，課件共47頁，創作于2023年2月第六章第二節進給驅動一、直流伺服電動機速度控制單元二、交流伺服電動機速度控制單元12第12頁，課件共47頁，創作于2023年2月一、直流伺服電動機速度控制單元1、直流電動機的調速方法與性能（1）永磁直流伺服電動機的工作原理與性能13第13頁，課件共47頁，創作于2023年2月（2）直流電動機的調速方法與性能。14第14頁，課件共47頁，創作于2023年2月2、晶閘管直流調速系統（1）系統的組成（2）主回路工作原理15第15頁，課件共47頁，創作于2023年2月（3）晶閘管速度控制單元。16第16頁，課件共47頁，創作于2023年2月3、PWM直流調速（1）晶體管脈寬調制原理17第17頁，課件共47頁，創作于2023年2月（2）PWM直流調速的特性及原理。18第18頁，課件共47頁，創作于2023年2月（3）常用的PWM直流調速系統。19第19頁，課件共47頁，創作于2023年2月二、交流伺服電動機速度控制單元1、交流伺服電動機的結構與性能（1）交流伺服電動機的結構特點20第20頁，課件共47頁，創作于2023年2月（2）永磁式同步交流伺服電動機的工作原理和性能。21第21頁，課件共47頁，創作于2023年2月2、永磁同步交流伺服電動機調速系統（1）PWM變頻器22第22頁，課件共47頁，創作于2023年2月（2）PWM變頻調速原理。23第23頁，課件共47頁，創作于2023年2月3、全數字交流伺服系統（1）全數字交流伺服系統機器最新發現。24第24頁，課件共47頁，創作于2023年2月（2）全數字式SPWM變頻器。25第25頁，課件共47頁，創作于2023年2月。4、永磁交流伺服電動機中的傳感器26第26頁，課件共47頁，創作于2023年2月作業：P314思考題1、3、4、527第27頁，課件共47頁，創作于2023年2月第六章數控機床的伺服系統第一節概述第二節進給驅動第三節主軸驅動第四節檢測元件第五節位置控制系統28第28頁，課件共47頁，創作于2023年2月第六章第三節主軸驅動一、對主軸驅動的要求二、直流主軸驅動系統三、交流主軸控制系統29第29頁，課件共47頁，創作于2023年2月一、對主軸驅動的要求機床主傳動主要是旋轉運動，無需絲杠或其他直線運動裝置。1、對功率的要求要求主轉動電動機應有2.2-250KW的功率范圍，既要能輸出大的功率，又要求主軸結構簡單。2、寬調速范圍數控機床要求主驅動系統在1:100-1000范圍內進行恒轉矩和1:10的恒功率調速，30第30頁，課件共47頁，創作于2023年2月3、定位功能要求主軸能與進給驅動實行同步控制；在加工中心上為了自動換刀還要求主軸能進行高精度的準停控制；為了保證端面加工的表面質量，要求主軸具有恒線速度表面切削功能；有的數控機床要求具有較大分度控制功能。現在國際上新生產的數控機床絕大多數采用交流主軸驅動系統。31第31頁，課件共47頁，創作于2023年2月二、直流主軸驅動系統1、電動機結構與性能。32第32頁，課件共47頁，創作于2023年2月2、直流速度控制單元。33第33頁，課件共47頁，創作于2023年2月三、交流主軸控制單元1、交流主軸電動機結構與性能。34第34頁，課件共47頁，創作于2023年2月2、交流電動機的調速。35第35頁，課件共47頁，創作于2023年2月3、感應式異步電動機的矢量控制。36第36頁，課件共47頁，創作于2023年2月作業：P314思考題1、3、4、537第37頁，課件共47頁，創作于2023年2月第六章數控機床的伺服系統第一節概述第二節進給驅動第三節主軸驅動第四節檢測元件第五節位置控制系統38第38頁，課件共47頁，創作于2023年2月第六章第四節檢測元件一、概述二、光電盤與編碼盤三、光柵測量裝置四、感應同步器測量裝置五、磁尺測量裝置39第39頁，課件共47頁，創作于2023年2月一、概述伺服驅動元件中，步進電機、電液脈沖馬達能夠按數控裝置發出的指令脈沖進行工作，在一般情況下不會失步，不需要位置檢測，它們常用于開環系統。在閉環系統中，常用各種直流電機以至于交流電機作為驅動元件，這就必須要有檢測裝置。把位移測量信號作為反饋信號，并將信號轉換成數字，送回計算機，和指令脈沖進行比較并控制驅動元件正確運轉，所以測量裝置是保證數控機床精度的關鍵。40第40頁，課件共47頁，創作于2023年2月數控機床對位置測量裝置的要求是：（1）工作可靠；（2）使用維護方便；（3）滿足速度和精度要求，（4）成本低。

41第41頁，課件共47頁，創作于2023年2月由于工作條件和測量要求的不同，在數控機床上有不同的測量方式。1．增量式測量和絕對式測量增量式測量的特點是：只測位移增量，如果測量單位為0.01毫米，則每移動0.01毫米就發出一個測量信號。其優點是測量裝置比較簡單，任何一個對中點都可作為測量起點，在輪廓控制數控機床上大都采用這種測量方式，典型的檢測元件如感應同步器、光柵等。42第42頁，課件共47頁，創作于2023年2月但在增量式測量系統中，移距是靠對測量信號計數讀出的，一旦計數有誤，此后的測量結果全錯了。再有在發生某種故障時（斷電、斷刀等），事故排除后，不能再找到事故前的正確位置，這是由于這種測量沒有一個特定的標志，這時必須將工作臺移至起始點重新計數才能找到事故前的正確位置，這就是增量測量方式的缺點。絕對值測量方式從原則上講可以避免上述缺點，它的被測量的任一點的位置都由一個固定的零點算起，每一被測點都有一個相應的測量值，43第43頁，課件共47頁，創作于2023年2月典型的如數碼盤，對應碼盤的每一個角位有一組二進位數。顯然分辨率要求愈高，所須二進位數也愈多，結構也愈復雜。2．數字式測量和模擬式測量數字式測量是將被測量用測量單位量化后以數字形式表示。以直線測量為例，只要測量單位足夠小（例0.01毫米或更小），就可以將被測距離比較準確的數量化。44第44頁，課件共47頁，創作于2023年2月測量信號一般是電脈沖，可以把它直接送數控裝置進行比較處理等。其典型的測量裝置如光柵位移測量裝置。數字式測量的特點是：1）被測量量化后轉換成脈沖個數，便于顯示和處理；2）測量精度取決于測量單位，和量程基本無關（當然也有累積誤差問題）；3）測量裝置比較簡單，脈沖信號抗干擾能力較強。45第45頁，課件共47頁，創作于2023年2月模擬式測量是將被測量用連續的變量來表示，如用相位變化，電壓變化來表示。在大量程內作精確的模擬測量在技術上有較高要求，在數控機床上模擬式測量主要用于小量程的測量，例如感應同步器的一個線距內信號相位變化等。模擬式測量的特點是:1）直接測量被測量，無須量化；2）在小量程內可以實現高精度測量。46第46頁，課件共47頁，創作于2023年2月