第4章數控機床伺服系統,4.1數控機床伺服系統概述4.2直流伺服系統4.3交流伺服系統4.4位置檢測裝置,4.1數控機床伺服系統概述,伺服系統是以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統，是一種位置隨動系統。數控機床的伺服系統有兩種，即進給伺服系統與主軸伺服系統。,4.1.1伺服系統的組成雙閉環系統，內環是速度環，外環是位置環。,4.1.2數控機床對伺服系統的要求1進給調速范圍寬最高轉速與最低轉速之比。2位置精度高保證數控機床的定位精度和進給跟蹤精度。閉環伺服系統的分辨率可以達到1m，數控裝置的分辨率可以達0.1m。,3速度響應快4低速大轉矩伺服驅動系統在低速進給時，要有大的輸出轉矩。,4.1.3伺服系統的分類1按有無反饋分類（1）開環伺服系統開環伺服系統無位置反饋裝置，是數控機床中最簡單的伺服系統。,圖4.2開環伺服系統,（2）閉環伺服系統閉環伺服系統是誤差控制隨動系統。,圖4.3閉環伺服系統,（3）半閉環伺服系統,圖4.4半閉環伺服系統,2按驅動裝置類型分類（1）電液伺服系統（2）電氣伺服系統,3按進給驅動和主軸驅動分類（1）進給伺服系統（2）主軸伺服系統,4按反饋比較控制方式分類（1）脈沖、數字比較伺服系統（2）相位比較伺服系統（3）幅值比較伺服系統（4）全數字伺服系統,4.2直流伺服系統,4.2.1直流伺服電機分類1高速直流伺服電動機2低速大扭矩寬調速電動機,4.2.2永磁直流伺服電動機1永磁直流伺服電機的結構與特點,圖4.8永磁式直流寬調速伺服電動機,2永磁直流伺服電機的選用（1）對直流伺服電機的要求（2）直流伺服電動機的選用,4.2.3直流伺服系統主電路4.2.4晶閘管觸發電路4.2.5直流電機晶閘管供電的速度控制系統4.2.6晶體管直流脈寬（PWM）調速系統,4.3交流伺服系統,4.3.1交流伺服電機固有缺點，如電刷和換向器易于磨損，需經常維護；換向時換向器會產生火花，直流電機結構復雜，制造困難，交流電機的輸出功率可比直流電機提高1070。此外，交流電機的容量可比直流電機做得大。,1交流伺服電機的分類和特點（1）異步交流伺服電機（IM）（2）同步交流伺服電機（SM）,2永磁式交流伺服電機（1）結構永磁式交流伺服電機由定子、轉子和檢測元件三部分組成。如圖4.26、圖4.27所示。,圖4.26永磁交流伺服電機橫截面,圖4.27永磁交流伺服電機縱剖面,（2）工作原理（3）永磁式伺服電機的性能永磁式伺服電機的性能可用轉矩速度特性曲線描述。高可靠性。主要損耗在定子繞組與鐵心上，故散熱容易，便于安裝時采取熱保護措施；而直流電機損耗主要在轉子上，散熱困難。轉子慣量小，其結構允許高速工作。體積小、質量輕。,4.3.2交流永磁電機調速系統1交流電機的一般調速方法2交流變頻調速系統3交流永磁同步電機調速系統,4.3.3交流主軸驅動系統1交流主軸電機2幾種新型主軸電機3交流主軸電機的控制方法4主軸準停控制,4.4位置檢測裝置,4.4.1數控機床對檢測元件的要求與檢測元件的分類主要要求是：壽命長，可靠性高，抗干擾能力強；滿足精度和速度要求；使用維護方便，適合機床運行環境；成本低；便于與計算機聯接。,常用位置檢測元件主要有脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器和光柵。,4.4.2旋轉變壓器1旋轉變壓器的工作原理2旋轉變壓器的工作方式,4.4.3脈沖編碼器脈沖編碼器是一種旋轉式脈沖發生器。1脈沖編碼器的工作原理,圖4.45光電盤工作原理示意圖,2脈沖編碼器結構3絕對值脈沖編碼器通過讀取編碼盤上的圖案確定軸的位置。,圖4.48光電絕對值編碼器,4.4.4光柵（1）直線光柵（即長光柵）玻璃透射光柵。金屬反射光柵。（2）圓光柵（3）計量光柵的精度,2工作原理,（a）結構圖（b）輸出波形圖4.51透射直線式光柵原理圖,3