數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)●伺服系統(tǒng)的組成

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1、第 三 章 數(shù) 控 機(jī) 床 的 伺 服 系 統(tǒng) 伺 服 系 統(tǒng) 的 組 成 伺 服 系 統(tǒng) 的 基 本 要 求 檢 測(cè) 裝 置 閉 環(huán) 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng) 開(kāi) 環(huán) 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng) 變 頻 調(diào) 速 系 統(tǒng)教 學(xué) 目 標(biāo) ： 熟 悉 數(shù) 控 機(jī) 床 伺服 系 統(tǒng) ， 掌 握 結(jié) 構(gòu)組 成 部 件 原 理 。 在 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 把 被 控 量 以 一 定 的 準(zhǔn) 確 度 跟 隨 控 制 量的 變 化 而 變 化 的 系 統(tǒng) 稱 為 隨 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 亦 稱 伺 服 系 統(tǒng) 。 數(shù) 控 機(jī) 床 的 伺 服 系 統(tǒng) 是 以 機(jī) 床 移 動(dòng) 部 件 的 位 置 和 速 度

2、為 被控 制 量 的 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 。 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 接 收 來(lái) 自 插 補(bǔ) 裝 置 或 插 補(bǔ) 軟 件 生 成 的 進(jìn) 給 脈沖 指 令 ， 經(jīng) 過(guò) 一 定 的 信 號(hào) 變 換 及 電 壓 、 功 率 放 大 ， 將 其 轉(zhuǎn)化 為 機(jī) 床 工 作 臺(tái) 相 對(duì) 于 切 削 刀 具 的 運(yùn) 動(dòng) 。 第 一 節(jié) 伺 服 系 統(tǒng) 的 組 成 一 、 驅(qū) 動(dòng) 電 路 驅(qū) 動(dòng) 電 路 接 收 CNC裝 置 發(fā) 出 的 指 令 ， 并 將 這 種 指 令 信 號(hào)轉(zhuǎn) 換 成 后 面 執(zhí) 行 元 件 所 需 要 的 控 制 信 號(hào) 的 形 式 ， 經(jīng) 過(guò) 功 率 放大 后 ， 驅(qū) 動(dòng) 執(zhí)

3、行 元 件 動(dòng) 作 。 驅(qū) 動(dòng) 電 路 的 主 要 功 能 是 控 制 信 號(hào) 類 型 的 轉(zhuǎn) 變 和 功 率 放 大 。 二 、 執(zhí) 行 元 件 執(zhí) 行 元 件 的 功 能 是 接 受 驅(qū) 動(dòng) 電 路 的 控 制 信 號(hào) 進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 動(dòng) ，從 而 帶 動(dòng) 數(shù) 控 機(jī) 床 的 工 作 臺(tái) 按 一 定 的 軌 跡 移 動(dòng) ， 進(jìn) 行 工 件加 工 。 常 用 的 執(zhí) 行 元 件 有 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 、 交 流 電 動(dòng) 機(jī) ， 也 可 以是 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 。 一 般 我 們 把 根 據(jù) 電 磁 感 應(yīng) 原 理 使 發(fā) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 形 成 旋 轉(zhuǎn) 磁 場(chǎng) 的 過(guò) 程 稱 為 勵(lì) 磁 傳

4、 動(dòng) 裝 置 的 作 用 是 把 執(zhí) 行 元 件 的 運(yùn) 動(dòng) 傳 遞 給 工 作 臺(tái) 。在 傳 遞 過(guò) 程 中 ， 它 會(huì) 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 速 度 進(jìn) 行 變 換 ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 速 度和 轉(zhuǎn) 矩 的 改 變 。 傳 動(dòng) 裝 置 的 精 度 ， 是 決 定 數(shù) 控 機(jī) 床 加 工 精度 的 最 重 要 的 一 個(gè) 因 素 。 常 用 的 傳 動(dòng) 裝 置 包 括 減 速 箱 和 滾珠 絲 杠 等 。三 、 傳 動(dòng) 裝 置 四 位 置 檢 測(cè) 元 件 及 反 饋 回 路對(duì) 位 置 的 移 動(dòng) 準(zhǔn) 確 與 否 進(jìn) 行 檢 測(cè) 判 斷 ， 反 饋 校 正 ， 從 而 提高 了 位 置 控 制 的 精

5、度 。 數(shù) 控 機(jī) 床 上 常 用 的 位 置 檢 測(cè) 元 件 有 光 電 編 碼 器 、 直 線 感 應(yīng)同 步 器 、 光 柵 和 磁 尺 等 。 1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院和帕森斯公司合作研制成功了世界上第一臺(tái)具有信息存儲(chǔ)和處理功能的數(shù)控機(jī)床 1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院和帕森斯公司合作研制成功了世界上第一臺(tái)具有信息存儲(chǔ)和處理功能的數(shù)控機(jī)床 五 、 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 及 反 饋 回 路對(duì) 執(zhí) 行 元 件 的 轉(zhuǎn) 速 進(jìn) 行 檢 測(cè) 判 斷 ， 反 饋 校 正 ， 從 而 提 高 了速 度 控 制 的 精 度 。 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 只 是 一 種 檢 測(cè) 元 件 ， 也 可 以 選 擇 別

6、 的 。 第 二 節(jié) 伺 服 系 統(tǒng) 的 基 本 要 求 一 、 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng) 的 基 本 要 求 1.可 逆 運(yùn) 行 即 正 反 方 向 都 可 運(yùn) 行 ， 且 在 換 向 時(shí) 間 隙 誤 差 小 。2.速 度 范 圍 寬 這 樣 ， 可 以 根 據(jù) 不 同 的 加 工 材 料 、 不 同 的 加 工 要 求 ， 選 用最 佳 的 速 度 。 目 前 ， 最 先 進(jìn) 的 水 平 是 在 進(jìn) 給 脈 沖 當(dāng) 量 為 1um的 情 況下 ， 進(jìn) 給 速 度 在 O 240m min范 圍 內(nèi) 連 續(xù) 可 調(diào) 。 對(duì) 一 般 數(shù) 控 機(jī) 床 而 言 ， 進(jìn) 給 速 度 范 圍 在 O 2

7、4m min時(shí) ， 都 可 滿 足 加 工 要求 。 通 常 在 這 樣 的 速 度 范 圍 還 可 以 提 出 以 下 更 細(xì) 致 的 技 術(shù) 要 求 。 (1)在 1mm min 24000mm min即 1： 24000調(diào) 速 范 圍 內(nèi) ， 要 求 速 度 均 勻 、穩(wěn) 定 、 無(wú) 爬 行 ， 且 轉(zhuǎn) 矩 變 化 小 。 (2)在 1mm min以 下 時(shí) 具 有 一 定 的 瞬 時(shí) 速 度 ， 但 平 均 速 度 很 低 。 (3)在 零 速 時(shí) ， 即 工 作 臺(tái) 停 止 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ， 要 求 電 動(dòng) 機(jī) 有 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 以 維 持 定 位精 度 ， 使 定 位 誤 差 不

8、超 過(guò) 系 統(tǒng) 的 允 許 范 圍 ， 即 電 機(jī) 處 于 伺 服 鎖 定 狀 態(tài) 。 3.具 有 足 夠 的 傳 動(dòng) 剛 性 和 高 的 速 度 穩(wěn) 定 性 伺 服 系 統(tǒng) 在 不 同 的 負(fù) 載 情 況 下 或 切 削 條 件 發(fā) 生 變 化時(shí) ， 應(yīng) 使 進(jìn) 給 速 度 保 持 恒 定 。 剛 性 良 好 的 系 統(tǒng) ， 速 度 受負(fù) 載 力 矩 變 化 的 影 響 很 小 。 通 常 要 求 承 受 額 定 力 矩 變 化時(shí) ， 靜 態(tài) 速 降 應(yīng) 小 于 5 ， 動(dòng) 態(tài) 速 降 應(yīng) 小 于 10 。 4.快 速 響 應(yīng) 無(wú) 超 調(diào) 快 速 ： 效 率 高 無(wú) 超 調(diào) ： 加 工 質(zhì)

9、量 高5.高 精 度 6.低 速 大 轉(zhuǎn) 矩 機(jī) 床 的 加 工 特 點(diǎn) ， 大 多 是 低 速 時(shí) 進(jìn) 行 切 削 ， 即 在 低 速 時(shí) 進(jìn)給 驅(qū) 動(dòng) 要 有 大 的 轉(zhuǎn) 矩 輸 出 。 7.對(duì) 伺 服 電 機(jī) 的 要 求 1、 輸 出 大 功 率二 、 主 軸 伺 服 系 統(tǒng) 的 基 本 要 求 在 調(diào) 速 范 圍 內(nèi) 均 能 提 供 所 需 的 切 削 功 率 ， 提 供 主 軸電 動(dòng) 機(jī) 的 最 大 功 率 。 為 滿 足 數(shù) 控 機(jī) 床 低 速 、 強(qiáng) 力 切 削 的需 要 ， 常 采 用 分 段 無(wú) 級(jí) 變 速 的 方 法 (即 在 低 速 段 采 用 機(jī)械 減 速 裝 置 )，

10、 以 擴(kuò) 大 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 。 通 常 主 傳 動(dòng) 電 機(jī) 應(yīng) 有2.5250kw的 功 率 范 圍 ， 因 此 ， 對(duì) 功 率 驅(qū) 動(dòng) 電 路 提 出 了更 高 的 要 求 。 具 有 足 夠 的 功 率 、 寬 的 恒 功 率 調(diào) 節(jié) 范 圍 及 速 度 調(diào) 節(jié) 范 圍 2、 調(diào) 速 范 圍 大 要 求 主 軸 能 在 較 寬 的 轉(zhuǎn) 速 范 圍 內(nèi) 根 據(jù) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 指 令 自 動(dòng) 實(shí) 現(xiàn)無(wú) 級(jí) 調(diào) 速 ， 并 減 少 中 間 傳 動(dòng) 環(huán) 節(jié) 。 目 前 主 軸 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 的 恒 轉(zhuǎn) 矩 調(diào) 速 范 圍 已 可 達(dá) l： 100， 恒 功 率 調(diào)速 范 圍 也 可 達(dá)

11、l： 30， 過(guò) 載 1.5倍 時(shí) 仍 可 持 續(xù) 工 作 達(dá) 30min。 主 軸 變 速 分 為 有 級(jí) 變 速 、 無(wú) 級(jí) 變 速 和 分 段 無(wú) 級(jí) 變 速 三 種 形 式 ，其 中 有 級(jí) 變 速 僅 用 于 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 機(jī) 床 ， 大 多 數(shù) 數(shù) 控 機(jī) 床 采 用 無(wú) 級(jí) 變速 或 分 段 無(wú) 級(jí) 變 速 。 在 無(wú) 級(jí) 變 速 中 ， 變 頻 調(diào) 速 主 軸 一 般 用 于 普 及 型數(shù) 控 機(jī) 床 ， 交 流 伺 服 主 軸 則 用 于 中 、 高 檔 數(shù) 控 機(jī) 床 。 要 求 主 軸 在 正 、 反 向 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) 均 可 進(jìn) 行 自 動(dòng) 加 、 減 速 控 制

12、， 并 且 加 、減 速 時(shí) 間 要 短 。 目 前 一 般 伺 服 主 軸 可 以 在 ls內(nèi) 從 靜 止 加 速 到 6000rmin。 主 軸 驅(qū) 動(dòng) 一 般 為 速 度 控 制 系 統(tǒng) ， 除 上 面 的 一 般 要 求 外 ， 還 具 有 下面 的 控 制 功 能 。 (1) 主 軸 與 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 的 同 步 控 制 該 功 能 使 數(shù) 控 機(jī) 床 具 有 螺 紋 加工 （ 或 螺 旋 槽 ） 能 力 。 (2) 準(zhǔn) 停 控 制 在 加 工 中 心 上 為 了 自 動(dòng) 換 刀 ， 要 求 主 軸 能 進(jìn) 行 高精 度 的 準(zhǔn) 確 位 置 停 止 。 (3) 角 度 分 度 控

13、制3、 具 有 四 象 限 驅(qū) 動(dòng) 能 力 為 了 滿 足 上 述 數(shù) 控 機(jī) 床 對(duì) 主 軸 驅(qū) 動(dòng) 的 要 求 ， 主 軸 電 機(jī) 應(yīng) 具 備 以 下 性 能 ： (1) 電 機(jī) 功 率 要 大 ， 且 在 大 的 調(diào) 速 范 圍 內(nèi) 速 度 要 穩(wěn) 定 ， 恒 功 率 調(diào) 速 范圍 寬 ； (2) 在 斷 續(xù) 負(fù) 載 下 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 波 動(dòng) 要 小 ； (3) 加 速 、 減 速 時(shí) 間 短 ； (4) 溫 升 低 ， 噪 聲 小 ， 振 動(dòng) 小 ， 可 靠 性 高 ， 壽 命 長(zhǎng) ， 易 維 護(hù) ， 體 積 小 ，重 量 輕 ； (5) 電 機(jī) 過(guò) 載 能 力 強(qiáng) 。 第 三 節(jié)

14、檢 測(cè) 裝 置 在 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 中 ， 它 的 主 要 作 用 是 檢 測(cè) 位 移 量 ， 并 發(fā) 出反 饋 信 號(hào) 與 數(shù) 控 裝 置 發(fā) 出 的 指 令 信 號(hào) 相 比 較 ， 若 有 偏 差 ，經(jīng) 放 大 后 控 制 執(zhí) 行 部 件 ， 使 其 向 著 消 除 偏 差 的 方 向 運(yùn) 動(dòng) ，直 至 偏 差 等 于 零 為 止 。 一 般 要 求 檢 測(cè) 元 件 的 分 辨 率 (檢 測(cè) 元件 能 檢 測(cè) 的 最 小 位 移 量 )在 0.0001 0.01mm之 內(nèi) ， 測(cè) 量 精 度為 0.001 O.02mm m， 運(yùn) 動(dòng) 速 度 為 O 24m min。 一 、 概 述 1.位

15、 置 檢 測(cè) 裝 置 的 要 求 1)受 溫 度 、 濕 度 的 影 響 小 ， 工 作 可 靠 ， 能 長(zhǎng) 期 保 持 精 度 ，抗 干 擾 能 力 強(qiáng) 。 2)在 機(jī) 床 執(zhí) 行 部 件 移 動(dòng) 范 圍 內(nèi) ， 能 滿 足 精 度 和 速 度 的 要 求 。 3)使 用 維 護(hù) 方 便 ， 適 應(yīng) 機(jī) 床 工 作 環(huán) 境 。 4)成 本 低 。 2.位 置 檢 測(cè) 裝 置 的 分 類(1)數(shù) 字 式 測(cè) 量 與 模 擬 式 測(cè) 量 1)數(shù) 字 式 測(cè) 量 數(shù) 字 式 測(cè) 量 是 將 被 測(cè) 的 量 以 數(shù) 字 的 形 式來(lái) 表 示 。 測(cè) 量 信 號(hào) 一 般 為 電 脈 沖 ， 可 以 直

16、 接 把 它 送 到 數(shù) 控裝 置 進(jìn) 行 比 較 、 處 理 。 如 光 柵 位 置 檢 測(cè) 裝 置 。 數(shù) 字 式 測(cè) 量裝 置 的 特 點(diǎn) 是 ： 被 測(cè) 的 量 轉(zhuǎn) 換 為 脈 沖 個(gè) 數(shù) ， 便 于 顯 示 和 處 理 。 測(cè) 量 精 度 取 決 于 測(cè) 量 單 位 ， 與 量 程 基 本 上 無(wú) 關(guān) ， 但 存在 累 積 誤 差 。 測(cè) 量 裝 置 比 較 簡(jiǎn) 單 ， 脈 沖 信 號(hào) 抗 干 擾 能 力 較 強(qiáng) 。 2)模 擬 式 測(cè) 量 模 擬 式 測(cè) 量 是 將 被 測(cè) 的 量 用 連 續(xù) 變 量 來(lái)表 示 ， 如 電 壓 變 化 、 相 位 變 化 等 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 所

17、 用 模 擬 式 測(cè)量 主 要 用 于 小 量 程 的 測(cè) 量 ， 如 感 應(yīng) 同 步 器 的 一 個(gè) 線 距 (2mm)內(nèi) 的 信 號(hào) 相 位 變 化 等 。 在 大 量 程 內(nèi) 作 精 確 的 模 擬 式 測(cè) 量 時(shí) ，對(duì) 技 術(shù) 要 求 較 高 。 模 擬 式 測(cè) 量 的 特 點(diǎn) 是 ： 直 接 測(cè) 量 被 測(cè) 的 量 ， 無(wú) 需 變 換 。 在 小 量 程 內(nèi) 實(shí) 現(xiàn) 較 高 精 度 的 測(cè) 量 ， 技 術(shù) 上 較 為 成 熟 。如 用 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器 、 感 應(yīng) 同 步 器 等 。 2)增 量 式 測(cè) 量 與 絕 對(duì) 式 測(cè) 量 1)增 量 式 測(cè) 量 增 量 式 測(cè) 量 的 特

18、 點(diǎn) 是 ： 只 測(cè) 位 移 量 ， 如 測(cè) 量 單 位 為 0.01mm， 則 每 移 動(dòng) O.01mm就 發(fā) 出 一 個(gè) 脈 沖 信 號(hào) 。 在 輪 廓 控 制 的 數(shù) 控 機(jī) 床 上 大 都 采 用這 種 測(cè) 量 方 式 。 典 型 的 測(cè) 量 元 件 有 感 應(yīng) 同 步 器 、 光 柵 、 磁尺 等 。 2)絕 對(duì) 式 測(cè) 量 絕 對(duì) 式 測(cè) 量 裝 置 對(duì) 于 被 測(cè) 量 的 任 意 一 點(diǎn) 位 置 均 由 固 定的 零 點(diǎn) 標(biāo) 起 ， 每 一 個(gè) 被 測(cè) 點(diǎn) 都 有 一 個(gè) 相 應(yīng) 的 測(cè) 量 值 。 裝 置的 結(jié) 構(gòu) 較 增 量 式 復(fù) 雜 ， 如 編 碼 盤 中 ， 對(duì) 應(yīng) 于

19、 碼 盤 的 每 一 個(gè)角 度 位 置 便 有 一 組 二 進(jìn) 制 位 數(shù) 。 顯 然 ， 分 辨 精 度 要 求 愈 高 ，量 程 愈 大 ， 則 所 要 求 的 二 進(jìn) 制 位 數(shù) 也 愈 多 ， 結(jié) 構(gòu) 也 就 愈 復(fù)雜 。 3） 直 接 測(cè) 量 與 間 接 測(cè) 量 1)直 接 測(cè) 量 直 接 測(cè) 量 是 將 檢 測(cè) 裝 置 直 接 安 裝 在 執(zhí) 行部 件 上 ， 如 光 柵 、 感 應(yīng) 同 步 器 等 用 來(lái) 直 接 測(cè) 量 工 作 臺(tái) 的直 線 位 移 ， 其 缺 點(diǎn) 是 測(cè) 量 裝 置 要 和 工 作 臺(tái) 行 程 等 長(zhǎng) 。 2)間 接 測(cè) 量 間 接 測(cè) 量 裝 置 是 將 檢

20、 測(cè) 裝 置 安 裝 在 滾 珠絲 杠 或 驅(qū) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 ， 通 過(guò) 檢 測(cè) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 件 的 角 位 移 來(lái) 間接 測(cè) 量 執(zhí) 行 部 件 的 直 線 位 移 。 間 接 測(cè) 量 方 便 可 靠 ， 無(wú) 長(zhǎng)度 限 制 。 其 缺 點(diǎn) 是 測(cè) 量 信 號(hào) 中 增 加 了 由 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 變 為直 線 運(yùn) 動(dòng) 的 傳 動(dòng) 鏈 誤 差 ， 從 而 影 響 了 測(cè) 量 精 度 。 感 應(yīng) 同 步 器 是 利 用 電 磁 原 理 將 線 位 移 和 角 位 移 轉(zhuǎn) 換 成電 信 號(hào) 的 一 種 裝 置 。 根 據(jù) 用 途 ， 可 將 感 應(yīng) 同 步 器 分 為 直 線式 和 旋 轉(zhuǎn)

21、 式 兩 種 ， 分 別 用 于 測(cè) 量 線 位 移 和 角 位 移 。二 、 感 應(yīng) 同 步 器 位 置 檢 測(cè) 裝 置 1.感 應(yīng) 同 步 器 的 結(jié) 構(gòu) 直 線 感 應(yīng) 同 步 器 的 基 體 通 常 采 用 厚 度 為 10 mm的 銅 板 或 鑄 鐵 制 成 ， 以 減 小 與機(jī) 床 的 溫 度 誤 差 。 平 面 繞 組 為 銅 箔 ， 通 常 采 用 厚 度 為 0.05mm或 0.07mm的 紫銅 箔 ， 用 絕 緣 粘 結(jié) 劑 熱 壓 黏 結(jié) 在 基 體 上 ， 再 利 用 刻 蝕 方 法 制 成 所 需 的 繞 組 。節(jié) 距 W2=2(a2+ b2)定 尺 節(jié) 距 即 為

22、檢 測(cè) 周 期 WW=2mm一 般 取 W1=W2或 者 取 W1=2W/3 2.感 應(yīng) 同 步 器 的 工 作 原 理電 磁 感 應(yīng) 的 強(qiáng) 弱 和 相 互 之 間 的 位 置 有 直 接 的 關(guān) 系 。 不 同 位 置 時(shí) 的感 應(yīng) 效 果 對(duì) 比Wx在 一 個(gè) 節(jié) 距 內(nèi) ， 位 移與 的 關(guān) 系 應(yīng) 為xW 2 滑 尺 在 移 動(dòng) 一 個(gè) 節(jié) 距 的 過(guò) 程 中 ， 感 應(yīng) 電 勢(shì) (按 余 弦 波 形 )變 化 了 一 個(gè) 周 期 。 若 勵(lì) 磁 電 壓 為 tUu m sin則 在 定 尺 繞 組 產(chǎn) 生 的 感 應(yīng) 電 勢(shì) 為 tkUe m sincos 1） 鑒 相 方 式 根

23、 據(jù) 相 位 來(lái) 判 斷 通 過(guò) 檢 測(cè) 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 的 幅 值 測(cè) 量 位 移 2） 鑒 幅 方 式 根 據(jù) 幅 值 來(lái) 判 斷 通 過(guò) 檢 測(cè) 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 的 相 位 測(cè) 量 位 移 3.感 應(yīng) 同 步 器 輸 出 信 號(hào) 的 處 理 方 式 (1)鑒 相 方 式 tUu ms sin tUu mc cos 根 據(jù) 疊 加 原 理 ， 定 尺 繞 組 上 總 輸 出 感 應(yīng) 電 勢(shì) 為 tkUtkUe tkUe mmc ms cossincos)2cos( sincos )2sin()sin( cossinsincos xWtkUtkU tkUtkUee mm mmsc m

24、mmmx 02.02)360/6.3( 例 如 定 尺 輸 出 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 與 滑 尺 勵(lì) 磁 電 壓 之 間 相 位差 為 3.6 ， 在 W=2mm的 情 況 下滑 尺 相 對(duì) 定 尺 節(jié) 距 為 零 的 位 置 移 動(dòng) 了 0 02mm。 4 感 應(yīng) 同 步 器 的 特 點(diǎn)(1)精 度 高 (2)工 作 可 靠 ， 抗 干 擾 性 強(qiáng) (3)維 修 簡(jiǎn) 單 、 壽 命 長(zhǎng) (4)測(cè) 量 距 離 長(zhǎng) (5)工 藝 性 好 、 成 本 低 、 便 于 成 批 生 產(chǎn) 目 前 直 線 感 應(yīng) 同 步 器 的 精 度 可 達(dá) 0.001mm， 重 復(fù) 精 度 0.0002mm， 靈

25、敏 度 0.00005mm。 三 、 光 柵 位 置 檢 測(cè) 裝 置 光 柵 用 于 數(shù) 控 機(jī) 床 作 為 檢 測(cè) 裝 置 ， 用 以 測(cè) 量 長(zhǎng) 度 、 角 度 、速 度 、 加 速 度 、 振 動(dòng) 和 爬 行 等 。 它 是 數(shù) 控 機(jī) 床 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 中 用得 較 多 的 一 種 檢 測(cè) 裝 置 。 1 直 線 透 射 光 柵 的 組 成 光 柵 位 置 檢 測(cè) 裝 置 由 光 源 、 長(zhǎng) 光 柵 (標(biāo) 尺 光 柵 )、 短 光 柵 (指 示 光 柵 )、光 電 接 收 元 件 等 組 成 。 長(zhǎng) 光 柵 隨 運(yùn) 動(dòng) 部 件 移 動(dòng) ， 要 求 與 行 程 等 長(zhǎng) 。 短 光柵 則

26、 常 固 定 在 機(jī) 床 的 相 應(yīng) 部 件 上 。 長(zhǎng) 、 短 光 柵 保 持 一 定 間 隙 (0.050.1mm)重 疊 在 一 起 ， 短 光 柵 在 自 身 的 平 面 內(nèi) 旋 轉(zhuǎn) 一 個(gè) 很 小 的 角 度 。 2 莫 爾 條 紋 的 產(chǎn) 生 和 特 點(diǎn)1一 光 柵 尺 (標(biāo) 尺 光 柵 ) 2一 指 示 光 柵 3一 光 電 接 收 元 件 4一 光 源 （ 1)放 大 作 用 當(dāng) 標(biāo) 尺 光 柵 和 指 示 光 柵 的 夾 角 很 小 時(shí) ， 柵 距w和 莫 爾 條 紋 節(jié) 距 B(單 位 ： mm)有 下 列 關(guān) 系 WWB sin 莫 爾 條 紋 的 節(jié) 距 為 光 柵 柵

27、 距 的 1/ 倍 。 由 于 很 小 (小 于1 O)， 因 此 節(jié) 距 B比 柵 距 W放 大 了 很 多 倍 。 若 W=0.01mm， 通 過(guò) 減 小 角 ， 將 莫 爾 條 紋 的 節(jié) 距 調(diào) 成 1Omm時(shí) ， 其 放 大 倍 數(shù) 相 當(dāng) 于 1000倍 (1 =B/W)。 因 此 ， 不 需 要 經(jīng)過(guò) 復(fù) 雜 的 光 學(xué) 系 統(tǒng) ， 便 將 光 柵 的 柵 距 放 大 了 1000倍 ， 從 而 大 大減 化 了 電 子 放 大 線 路 ， 這 是 光 柵 技 術(shù) 獨(dú) 有 的 特 點(diǎn) 。 3 直 線 光 柵 的 工 作 原 理 根 據(jù) 莫 爾 條 紋 的 移 動(dòng) 規(guī) 律 ， 當(dāng)

28、光 柵 尺 移 動(dòng) 一 個(gè) 柵 距 w時(shí) ，莫 爾 條 紋 會(huì) 移 動(dòng) 一 個(gè) 節(jié) 距 B。 移 動(dòng) 一 個(gè) 節(jié) 距 就 會(huì) 產(chǎn) 生 一 個(gè) 光 電脈 沖 信 號(hào) ， 這 個(gè) 信 號(hào) 通 過(guò) 光 電 元 件 可 以 檢 測(cè) 到 。 這 樣 ， 通 過(guò)光 電 元 件 接 收 到 的 脈 沖 個(gè) 數(shù) 就 可 知 道 光 柵 尺 移 動(dòng) 了 多 少 個(gè) 柵距 w， 移 動(dòng) 的 距 離 不 滿 一 個(gè) 柵 距 的 ， 可 以 通 過(guò) 檢 測(cè) 光 的 強(qiáng) 弱 來(lái)判 斷 。 這 兩 方 面 結(jié) 合 起 來(lái) ， 就 能 精 確 地 測(cè) 量 出 光 柵 尺 的 移 動(dòng)距 離 。 四 、 編 碼 器 的 原 理

29、 與 應(yīng) 用 1一 光 源 2一 透 鏡 3一 光 欄 板 4一 光 電 碼 盤 5一 光 電 元 件 6一 參 考 標(biāo) 記 編 碼 器 是 一 種 旋 轉(zhuǎn) 式 測(cè) 量 裝 置 ， 通 常 安 裝 在 被 測(cè) 軸 上 ， 隨 被 測(cè) 軸 一 起 轉(zhuǎn)動(dòng) ， 可 將 被 測(cè) 軸 的 角 位 移 轉(zhuǎn) 換 成 增 量 脈 沖 形 式 或 絕 對(duì) 式 的 代 碼 形 式 。條 紋/360如 條 紋 數(shù) 為 1024， 則 分 辨 角 352.01024/360 第 四 節(jié) 開(kāi) 環(huán) 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng)一 、 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 原 理 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 是 一 種 將 脈 沖 信 號(hào) 變

30、 換 成 角 位 移 (或 線 位 移 )的 電 磁 裝 置 ， 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 角 位 移 與 輸 入 脈 沖 個(gè) 數(shù) 成 正 比 ，在 時(shí) 間 上 與 輸 入 脈 沖 同 步 。 二 、 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 主 要 特 性1 步 距 角 與 步 距 角 誤 差2 矩 角 特 性 與 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩 3 啟 動(dòng) (突 跳 )頻 率 4 連 續(xù) 運(yùn) 行 頻 率5 矩 頻 特 性 三 、 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 驅(qū) 動(dòng)1 環(huán) 形 分 配 器2 功 率 驅(qū) 動(dòng) 器 簡(jiǎn) 介 第 五 節(jié) 閉 環(huán) 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng)一 、 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 的 分 類 和 特 點(diǎn)1 異 步 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī)2 同 步 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 二 、 永 磁 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī)1 永 磁 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 2 永 磁 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 原 理 3 永 磁 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 的 特 性 第 六 節(jié) 變 頻 調(diào) 速 系 統(tǒng)