数控机床原理.

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
4.2 直 流 伺 服 系 统
4.2.1 直流伺服电机分类
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
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
① 玻璃透射光栅。 ② 金属反射光栅。
（2）圆光栅 （3）计量光栅的精度
表 4.5 计量光栅
各种光栅的精度 光栅长度 mm 500 1000 500 1220 1000 300 Ø270 线 纹 数 100/ mm 100/ mm 25/ mm 40/ mm 50/ mm 250/ mm 10800/周 精 度
玻璃透射光栅 玻璃透射光栅 金属反射光栅 直线式 金属反射光栅 高精度反射光栅 玻璃衍射光栅 回转式 玻璃圆光栅
5 m 10m 7 m 13m 7.5m 1.5m 3＂
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
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。
4.4.2 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）
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
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
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 4．低速大转矩
4.2.6 晶体管直流脉宽（PWM）调速系统
4.3 交 流 伺 服 系 统
4.3.1Βιβλιοθήκη Baidu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， 交流电机的输 出功率可比直流电机提高10％～70％。此外， 交流电机的容量可比直流电机做得大。
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：①寿命长，可靠性高，抗 干扰能力强；②满足精度和速度要求；③ 使用维护方便，适合机床运行环境；④成 本低；⑤便于与计算机联接。
表 4.1
位置检测元件分类
增 量 式 绝 对 式 回转型 脉冲编码器、 旋转变压器、 多速旋转变压器、绝对脉冲 圆感应同步器、圆光栅 编码器、三速圆感应同步器 直线型 直线感应同步器、计量光 三速感应同步器、绝对值式 栅、磁尺激光干涉仪 磁尺
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。
（2）工作原理 （3）永磁式伺服电机的性能
① 永磁式伺服电机的性能可用转矩—速度 特性曲线描述。 ② 高可靠性。 ③ 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。 ④ 转子惯量小，其结构允许高速工作。 ⑤ 体积小、质量轻。
4.3.2 交流永磁电机调速系统