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文檔簡介

1、伺服系統(tǒng):以位置和速度作為控制對象的自動控伺服系統(tǒng):以位置和速度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控安裝發(fā)來的進(jìn)給脈沖指令信號,伺服系統(tǒng)接受數(shù)控安裝發(fā)來的進(jìn)給脈沖指令信號,經(jīng)過信號變換和電壓、功率放大由執(zhí)行元件將其經(jīng)過信號變換和電壓、功率放大由執(zhí)行元件將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰坪椭本€位移,以驅(qū)動數(shù)控設(shè)備各運轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰坪椭本€位移,以驅(qū)動數(shù)控設(shè)備各運動部件實現(xiàn)運動。動部件實現(xiàn)運動。7.1.1 伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)的分類1. 按照調(diào)理實際分類按照調(diào)理實際分類1開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路組成,無開環(huán)伺服系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路組成,無位置檢測安裝。位置檢測安

2、裝。7.1 概 述數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令脈沖經(jīng)過驅(qū)動線路變換與放大,數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令脈沖經(jīng)過驅(qū)動線路變換與放大,傳給步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)每接納一個指令脈沖,傳給步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)每接納一個指令脈沖,就旋轉(zhuǎn)一個角度,再經(jīng)過齒輪副和絲杠螺母副帶就旋轉(zhuǎn)一個角度,再經(jīng)過齒輪副和絲杠螺母副帶動機(jī)床任務(wù)臺挪動。動機(jī)床任務(wù)臺挪動。指令脈沖的頻率決議了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而決指令脈沖的頻率決議了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而決議了任務(wù)臺的挪動速度;指令脈沖的數(shù)量決議了議了任務(wù)臺的挪動速度;指令脈沖的數(shù)量決議了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度,進(jìn)而決議了任務(wù)臺的位移步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度,進(jìn)而決議了任務(wù)臺的位移大小。大小。開環(huán)伺服系統(tǒng)加工精度低。由

3、于無位置檢測安裝,開環(huán)伺服系統(tǒng)加工精度低。由于無位置檢測安裝,其精度取決于步進(jìn)電機(jī)的步距精度和任務(wù)頻率以其精度取決于步進(jìn)電機(jī)的步距精度和任務(wù)頻率以及傳動機(jī)構(gòu)的傳動精度。及傳動機(jī)構(gòu)的傳動精度。構(gòu)造簡單,本錢較低,適用于對精度和速度要求構(gòu)造簡單,本錢較低,適用于對精度和速度要求不高的經(jīng)濟(jì)型、中小型數(shù)控系統(tǒng)。不高的經(jīng)濟(jì)型、中小型數(shù)控系統(tǒng)。2閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)有位置檢測安裝,且裝在機(jī)床任務(wù)臺上,直接檢測有位置檢測安裝,且裝在機(jī)床任務(wù)臺上,直接檢測任務(wù)臺的實踐位移。任務(wù)臺的實踐位移。利用利用CNC安裝的指令值與位置檢測安裝的檢測值的安裝的指令值與位置檢測安裝的檢測值的差值進(jìn)展位置控制。差值進(jìn)展位置

4、控制。精度高,其運動精度取決于檢測安裝的精度,與傳精度高,其運動精度取決于檢測安裝的精度,與傳動鏈的誤差無關(guān)。動鏈的誤差無關(guān)。適用于大型或比較精細(xì)的數(shù)控設(shè)備。適用于大型或比較精細(xì)的數(shù)控設(shè)備。3半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)有位置檢測安裝,且裝在電機(jī)或絲杠的端頭,檢測有位置檢測安裝,且裝在電機(jī)或絲杠的端頭,檢測角位移,間接獲得任務(wù)臺的位移。角位移,間接獲得任務(wù)臺的位移。精度比閉環(huán)控制低,滾珠絲杠的精度影響位置檢測精度比閉環(huán)控制低,滾珠絲杠的精度影響位置檢測的精度。適用于中小型數(shù)控機(jī)床。的精度。適用于中小型數(shù)控機(jī)床。 1電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件:電液脈沖馬達(dá)或電液伺服馬達(dá)。執(zhí)行元件:電液脈沖

5、馬達(dá)或電液伺服馬達(dá)。驅(qū)動元件:液動機(jī)或液壓缸。驅(qū)動元件:液動機(jī)或液壓缸。優(yōu)點:低速高輸出力矩,剛性好,時間常數(shù)小,反優(yōu)點:低速高輸出力矩,剛性好,時間常數(shù)小,反 應(yīng)快,速度平穩(wěn)。應(yīng)快,速度平穩(wěn)。缺陷:需求供油系統(tǒng),體積大,產(chǎn)生噪聲和漏油等缺陷:需求供油系統(tǒng),體積大,產(chǎn)生噪聲和漏油等 問題。問題。2電氣伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件:伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)、交流或直流伺服執(zhí)行元件:伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)、交流或直流伺服 電機(jī)。電機(jī)。驅(qū)動元件:電力電子器件。驅(qū)動元件:電力電子器件。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床均采用電氣伺服系統(tǒng)。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床均采用電氣伺服系統(tǒng)。1進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運動,提供切削所

6、需控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運動,提供切削所需的轉(zhuǎn)矩。的轉(zhuǎn)矩。包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。2主軸伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運動,提供所需的驅(qū)動功率和控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運動,提供所需的驅(qū)動功率和切削力。切削力。普通的主軸控制只需一個速度控制系統(tǒng),具有普通的主軸控制只需一個速度控制系統(tǒng),具有C軸軸控制的主軸伺服系統(tǒng)與進(jìn)給伺服系一致樣,是普控制的主軸伺服系統(tǒng)與進(jìn)給伺服系一致樣,是普通概念的位置伺服控制系統(tǒng)。通概念的位置伺服控制系統(tǒng)。刀庫的位置控制是簡單的位置伺服控制。刀庫的位置控制是簡單的位置伺服控制。1數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)將數(shù)控安裝發(fā)出的

7、數(shù)字或脈沖指令信號與檢測安裝將數(shù)控安裝發(fā)出的數(shù)字或脈沖指令信號與檢測安裝丈量的以數(shù)字或脈沖方式表示的反響信號直接進(jìn)丈量的以數(shù)字或脈沖方式表示的反響信號直接進(jìn)展比較,產(chǎn)生位置差值,構(gòu)成閉環(huán)和半閉環(huán)控制。展比較,產(chǎn)生位置差值,構(gòu)成閉環(huán)和半閉環(huán)控制。2相位比較伺服系統(tǒng)相位比較伺服系統(tǒng)采用相位任務(wù)方式,指令信號與反響信號均以相位方式采用相位任務(wù)方式,指令信號與反響信號均以相位方式表示并進(jìn)展比較。表示并進(jìn)展比較。3幅值比較伺服系統(tǒng)幅值比較伺服系統(tǒng)以位置檢測信號的幅值大小來反映機(jī)床位移量的大小,以位置檢測信號的幅值大小來反映機(jī)床位移量的大小,并與指令信號進(jìn)展比較。并與指令信號進(jìn)展比較。4全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)

8、全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)由位置、速度和電流組成的三環(huán)反響控制全部數(shù)字化。由位置、速度和電流組成的三環(huán)反響控制全部數(shù)字化。由控制器、功率驅(qū)動安裝、檢測反響安裝和伺服電機(jī)組成。由控制器、功率驅(qū)動安裝、檢測反響安裝和伺服電機(jī)組成。1控制器:由位置調(diào)解單元、速度調(diào)解單元和電流調(diào)解控制器:由位置調(diào)解單元、速度調(diào)解單元和電流調(diào)解單元組成。單元組成。控制器最多構(gòu)成三閉環(huán)控制:外環(huán)為位置環(huán),中環(huán)為速度環(huán),控制器最多構(gòu)成三閉環(huán)控制:外環(huán)為位置環(huán),中環(huán)為速度環(huán),內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。2功率驅(qū)動安裝:由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和功率放大器等功率驅(qū)動安裝:由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和功率放大器等組成。組成。功能:一方面按控制量大小將

9、電網(wǎng)中的電能作用到電機(jī)上,功能:一方面按控制量大小將電網(wǎng)中的電能作用到電機(jī)上,調(diào)理電機(jī)力矩的大小;另一方面按電機(jī)要求將恒壓恒頻的電調(diào)理電機(jī)力矩的大小;另一方面按電機(jī)要求將恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電機(jī)所需直流電或交流電。網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電機(jī)所需直流電或交流電。3位置檢測安裝:閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)有位置檢測安位置檢測安裝:閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)有位置檢測安裝,其安裝位置不同;開環(huán)伺服系統(tǒng)無位置檢測安裝。裝,其安裝位置不同;開環(huán)伺服系統(tǒng)無位置檢測安裝。4伺服電機(jī):閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)采用交流或直流伺伺服電機(jī):閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)采用交流或直流伺服電機(jī);開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)。服電機(jī);開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)

10、電機(jī)。1. 數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求1調(diào)速范圍大,低速轉(zhuǎn)矩大。調(diào)速范圍大,低速轉(zhuǎn)矩大。調(diào)速范圍:機(jī)械安裝要求電機(jī)能提供的最高進(jìn)給速度調(diào)速范圍:機(jī)械安裝要求電機(jī)能提供的最高進(jìn)給速度相對于最低進(jìn)給速度之比。相對于最低進(jìn)給速度之比。為保證一切加工條件下,均能得到最正確切削條件和為保證一切加工條件下,均能得到最正確切削條件和加工質(zhì)量,就要求進(jìn)給速度在較大的范圍內(nèi)變化。加工質(zhì)量,就要求進(jìn)給速度在較大的范圍內(nèi)變化。低速切削要求電機(jī)輸出較大的轉(zhuǎn)矩,防止出現(xiàn)低速爬低速切削要求電機(jī)輸出較大的轉(zhuǎn)矩,防止出現(xiàn)低速爬行景象。行景象。2精度高。精度高。精度:伺服系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入量的準(zhǔn)

11、確程度。精度:伺服系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入量的準(zhǔn)確程度。為保證數(shù)控加工精度要求,主要保證機(jī)床的定位精度為保證數(shù)控加工精度要求,主要保證機(jī)床的定位精度和進(jìn)給跟蹤精度。和進(jìn)給跟蹤精度。3快速呼應(yīng)無超調(diào)。快速呼應(yīng)無超調(diào)。快速呼應(yīng)反映系統(tǒng)的跟蹤精度。快速呼應(yīng)反映系統(tǒng)的跟蹤精度。4穩(wěn)定性好,可靠性高。穩(wěn)定性好,可靠性高。穩(wěn)定性:系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下,能經(jīng)過穩(wěn)定性:系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下,能經(jīng)過短暫的調(diào)理到達(dá)新的或恢復(fù)到原來平衡形狀。短暫的調(diào)理到達(dá)新的或恢復(fù)到原來平衡形狀。系統(tǒng)具有較好的抗干擾才干能保證進(jìn)給速度均勻、平系統(tǒng)具有較好的抗干擾才干能保證進(jìn)給速度均勻、平穩(wěn)。穩(wěn)。5足夠的傳動剛性,較

12、強(qiáng)的過載才干,電機(jī)的慣足夠的傳動剛性,較強(qiáng)的過載才干,電機(jī)的慣量與挪動部件的慣量相匹配,伺服電機(jī)可以頻繁啟量與挪動部件的慣量相匹配,伺服電機(jī)可以頻繁啟停和可逆運轉(zhuǎn)。停和可逆運轉(zhuǎn)。2. 數(shù)控機(jī)床對主軸伺服系統(tǒng)的要求數(shù)控機(jī)床對主軸伺服系統(tǒng)的要求1足夠的輸出功率。足夠的輸出功率。主軸轉(zhuǎn)速高,輸出轉(zhuǎn)矩小;主軸轉(zhuǎn)速低,輸出轉(zhuǎn)矩主軸轉(zhuǎn)速高,輸出轉(zhuǎn)矩小;主軸轉(zhuǎn)速低,輸出轉(zhuǎn)矩大。要求主軸驅(qū)動安裝具有恒功率性質(zhì)。大。要求主軸驅(qū)動安裝具有恒功率性質(zhì)。2調(diào)速范圍寬。調(diào)速范圍寬。數(shù)控機(jī)床的變速按照指令自動執(zhí)行,要求可以在較數(shù)控機(jī)床的變速按照指令自動執(zhí)行,要求可以在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)展無級調(diào)速,較少中間傳送環(huán)寬的轉(zhuǎn)速范

13、圍內(nèi)進(jìn)展無級調(diào)速,較少中間傳送環(huán)節(jié),簡化主軸箱。節(jié),簡化主軸箱。3定位準(zhǔn)停功能。定位準(zhǔn)停功能。為使得數(shù)控車床具有螺紋切削等功能,要求主軸能為使得數(shù)控車床具有螺紋切削等功能,要求主軸能與進(jìn)給驅(qū)動實行同步控制。與進(jìn)給驅(qū)動實行同步控制。在加工中為自動換刀,要求主軸具有高精度的準(zhǔn)停在加工中為自動換刀,要求主軸具有高精度的準(zhǔn)停功能。功能。步進(jìn)電機(jī):一種將電脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移或步進(jìn)電機(jī):一種將電脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。數(shù)控安裝輸出的進(jìn)給脈沖數(shù)量、頻率和方向經(jīng)過驅(qū)動數(shù)控安裝輸出的進(jìn)給脈沖數(shù)量、頻率和方向經(jīng)過驅(qū)動控制電路到達(dá)步進(jìn)電機(jī)后,可以轉(zhuǎn)換為任務(wù)

14、臺的位移控制電路到達(dá)步進(jìn)電機(jī)后,可以轉(zhuǎn)換為任務(wù)臺的位移量、進(jìn)給速度和方向。量、進(jìn)給速度和方向。7.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制線路驅(qū)動控制線路步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)任務(wù)臺任務(wù)臺指令脈沖指令脈沖絲杠絲杠開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)組成框圖開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)組成框圖分類方式分類方式具體類型具體類型轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理反應(yīng)式(磁阻式);反應(yīng)式(磁阻式);永磁式;永磁式;永磁感應(yīng)式(混合式)。永磁感應(yīng)式(混合式)。輸出力矩大小輸出力矩大小伺服式:伺服式:輸出力矩在百分之幾至十分之幾(輸出力矩在百分之幾至十分之幾(N m),只能驅(qū)),只能驅(qū)動較小的負(fù)載,要求與液壓扭矩放大器配用,才能驅(qū)動機(jī)床工動較小的負(fù)載,要求與液壓扭

15、矩放大器配用,才能驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大的負(fù)載。作臺等較大的負(fù)載。 功率式:功率式:輸出力矩在輸出力矩在5-50(N m)以上,可以直接驅(qū)動機(jī)床)以上,可以直接驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大的負(fù)載。工作臺等較大的負(fù)載。 相數(shù)相數(shù)三相;三相;四相;四相;五相;五相;六相。六相。各相繞組分布各相繞組分布徑向分相式:徑向分相式:電機(jī)各相按圓周依次排列。電機(jī)各相按圓周依次排列。 軸向分向式:軸向分向式:電機(jī)各相按軸依次排列。電機(jī)各相按軸依次排列。 運動方式運動方式旋轉(zhuǎn)運動式;旋轉(zhuǎn)運動式;直線運動式;直線運動式;平面運動式;平面運動式;滾動運動式。滾動運動式。定子數(shù)定子數(shù)單定子式;單定子式;雙定子式;雙定子式;三定

16、子式;三定子式;多定子式。多定子式。1反響式步進(jìn)電機(jī)反響式步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成,定步進(jìn)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成,定子分定子鐵芯和定子勵磁繞子分定子鐵芯和定子勵磁繞組。組。1定子繞組;定子繞組;2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵芯;鐵芯;3A相磁通;相磁通;4定子定子鐵芯。鐵芯。定子鐵芯由電工硅鋼片疊壓而成,定子鐵芯由電工硅鋼片疊壓而成,定子繞組是繞置在定子鐵芯定子繞組是繞置在定子鐵芯6個均勻分布的齒上的線圈,個均勻分布的齒上的線圈,在直徑方向上相對的兩個齒在直徑方向上相對的兩個齒上的線圈串聯(lián)在一同,構(gòu)成上的線圈串聯(lián)在一同,構(gòu)成一相控制繞組。一相控制繞組。步進(jìn)電機(jī)可構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)可構(gòu)成A、B、C三相三相控制繞組

17、,稱為三相步進(jìn)電控制繞組,稱為三相步進(jìn)電機(jī)。假設(shè)任一相繞組通電,機(jī)。假設(shè)任一相繞組通電,就構(gòu)成一組定子磁極。就構(gòu)成一組定子磁極。定子的每個磁極正對轉(zhuǎn)子的圓弧面上均都均勻分布著定子的每個磁極正對轉(zhuǎn)子的圓弧面上均都均勻分布著5個小個小齒,呈梳狀陳列,齒槽等寬,齒間夾角為齒,呈梳狀陳列,齒槽等寬,齒間夾角為9。轉(zhuǎn)子上沒有繞組,只需均勻分布的轉(zhuǎn)子上沒有繞組,只需均勻分布的40個小齒,其大小和間距個小齒,其大小和間距與定子上的完全一樣。與定子上的完全一樣。三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯開三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯開1/3齒距。齒距。當(dāng)當(dāng)A相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對齊時,相磁極上的

18、小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對齊時,B相磁極上的相磁極上的齒剛好超前或滯后轉(zhuǎn)子齒齒剛好超前或滯后轉(zhuǎn)子齒1/3齒距角,即齒距角,即3;C相磁極齒相磁極齒超前或滯后轉(zhuǎn)子齒超前或滯后轉(zhuǎn)子齒2/3齒距角。齒距角。步距角:步進(jìn)電機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過的角度,其大小等于錯齒步距角:步進(jìn)電機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過的角度,其大小等于錯齒的角度。的角度。2永磁式步進(jìn)電機(jī)永磁式步進(jìn)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子中的某一方永永久磁鋼,另一方由軟磁資料制成,定子和轉(zhuǎn)子中的某一方永永久磁鋼,另一方由軟磁資料制成,其上由勵磁繞組。其上由勵磁繞組。繞組通電,建立的磁場與永久磁鋼的恒定磁場相互作用產(chǎn)生繞組通電,建立的磁場與永久磁鋼的恒定磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩。

19、3永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子由環(huán)行磁鋼及兩段鐵芯構(gòu)成。轉(zhuǎn)子由環(huán)行磁鋼及兩段鐵芯構(gòu)成。步進(jìn)電機(jī):基于電磁力的吸引和排斥產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī):基于電磁力的吸引和排斥產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。定子繞組所加電源要求是脈沖電流方式,也稱為脈沖電定子繞組所加電源要求是脈沖電流方式,也稱為脈沖電機(jī)。機(jī)。步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電形狀每改動一次,即送給步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電形狀每改動一次,即送給步進(jìn)電機(jī)一個電流脈沖,其轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個確定的角度,即電機(jī)一個電流脈沖,其轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個確定的角度,即步距角步距角;脈沖數(shù)添加,角位移也添加;無脈沖時,電機(jī);脈沖數(shù)添加,角位移也添加;無脈沖時,電機(jī)停頓。停頓。改動步進(jìn)電機(jī)定

20、子繞組的通電順序,轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向改改動步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序,轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向改動。動。步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電形狀的改動速度越快,其轉(zhuǎn)子旋步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電形狀的改動速度越快,其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度越快,即脈沖頻率越高,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高;但脈沖轉(zhuǎn)速度越快,即脈沖頻率越高,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高;但脈沖頻率不能過高,否那么產(chǎn)生失步或超步。頻率不能過高,否那么產(chǎn)生失步或超步。1步距角和靜態(tài)步距誤差步距角和靜態(tài)步距誤差步進(jìn)電機(jī)步距角步進(jìn)電機(jī)步距角與定子繞組的相數(shù)與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z、通電方、通電方式式k有關(guān),即有:有關(guān),即有:360/(mzk)。其中:其中:m相相m拍時,拍時,k1;m相相2m拍

21、時,拍時,k2,依此類推。例,依此類推。例如,三相三拍,如,三相三拍,z40時,時,360/(3401)3。靜態(tài)步距誤差:在空載情況下,實際的步距角與實踐的步距靜態(tài)步距誤差:在空載情況下,實際的步距角與實踐的步距角之差,以分表示,普通在角之差,以分表示,普通在10之內(nèi)。之內(nèi)。步距誤差主要由步進(jìn)電機(jī)步距制造誤差,定子和轉(zhuǎn)子間氣隙步距誤差主要由步進(jìn)電機(jī)步距制造誤差,定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻以及各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等要素呵斥。不均勻以及各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等要素呵斥。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩:當(dāng)步進(jìn)電機(jī)某相通電時,轉(zhuǎn)子處于不動靜態(tài)轉(zhuǎn)矩:當(dāng)步進(jìn)電機(jī)某相通電時,轉(zhuǎn)子處于不動形狀,此時在電機(jī)軸上加一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子就按形狀,此

22、時在電機(jī)軸上加一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子就按一定方向轉(zhuǎn)過一個角度一定方向轉(zhuǎn)過一個角度失調(diào)角,此時轉(zhuǎn)子所失調(diào)角,此時轉(zhuǎn)子所受的電磁轉(zhuǎn)矩受的電磁轉(zhuǎn)矩M即為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。即為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。矩角特性:靜態(tài)轉(zhuǎn)矩矩角特性:靜態(tài)轉(zhuǎn)矩M與與的關(guān)系。的關(guān)系。3啟動頻率啟動頻率啟動頻率:空載時,步進(jìn)電機(jī)由靜止形狀忽然啟動,并進(jìn)啟動頻率:空載時,步進(jìn)電機(jī)由靜止形狀忽然啟動,并進(jìn)入不丟步的正常運轉(zhuǎn)的最高頻率。入不丟步的正常運轉(zhuǎn)的最高頻率。步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載下的啟動頻率要比空載啟動頻率低,并隨步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載下的啟動頻率要比空載啟動頻率低,并隨負(fù)載添加而進(jìn)一步降低。負(fù)載添加而進(jìn)一步降低。4延續(xù)運轉(zhuǎn)的最高任務(wù)頻率延續(xù)運轉(zhuǎn)的最高任務(wù)頻率最高任務(wù)

23、頻率:步進(jìn)電機(jī)啟動后,保證延續(xù)不丟步運轉(zhuǎn)的最高任務(wù)頻率:步進(jìn)電機(jī)啟動后,保證延續(xù)不丟步運轉(zhuǎn)的最高任務(wù)頻率。最高任務(wù)頻率。決議了定子繞組通電形狀下最高變化的頻率,即決議了步?jīng)Q議了定子繞組通電形狀下最高變化的頻率,即決議了步進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。5加減速特性加減速特性加減速特性:步進(jìn)電機(jī)由靜止刀任務(wù)頻率和由任務(wù)頻率到加減速特性:步進(jìn)電機(jī)由靜止刀任務(wù)頻率和由任務(wù)頻率到靜止的加減速過程中,定子繞組通電形狀的變化頻率與靜止的加減速過程中,定子繞組通電形狀的變化頻率與時間的關(guān)系。時間的關(guān)系。6矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性:描畫步進(jìn)電機(jī)延續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時輸出轉(zhuǎn)矩矩頻特性:描畫步進(jìn)電

24、機(jī)延續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時輸出轉(zhuǎn)矩M與延與延續(xù)運轉(zhuǎn)頻率續(xù)運轉(zhuǎn)頻率f之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。動態(tài)轉(zhuǎn)矩:矩頻特性曲線上每個頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩:矩頻特性曲線上每個頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)正常運轉(zhuǎn)時,動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨延續(xù)運轉(zhuǎn)頻率的上升而步進(jìn)電機(jī)正常運轉(zhuǎn)時,動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨延續(xù)運轉(zhuǎn)頻率的上升而下降。下降。功能:將具有一定頻率功能:將具有一定頻率f f、一定數(shù)量、一定數(shù)量N N和方向的進(jìn)給脈沖和方向的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)各相定子繞組通電斷電的電平信號轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)各相定子繞組通電斷電的電平信號變化頻率、變化次數(shù)和通斷電順序。變化頻率、變化次數(shù)和通斷電順序。 驅(qū)動控制器由環(huán)形脈沖分配器和功率放大器組成。驅(qū)動控制器

25、由環(huán)形脈沖分配器和功率放大器組成。功能:將邏輯電平信號弱電變換為電機(jī)繞功能:將邏輯電平信號弱電變換為電機(jī)繞組所需的具有一定功率的電流脈沖信號強(qiáng)組所需的具有一定功率的電流脈沖信號強(qiáng)電。即將數(shù)控安裝的插補(bǔ)脈沖,按步進(jìn)電機(jī)電。即將數(shù)控安裝的插補(bǔ)脈沖,按步進(jìn)電機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)的各相輸入端,所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)的各相輸入端,以控制勵磁繞組的通、斷電。以控制勵磁繞組的通、斷電。分類:硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器。分類:硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器。硬件環(huán)形分配器:步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動安裝本身帶有硬件環(huán)形分配器:步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動安裝本身帶有環(huán)形分配器。環(huán)形分配器。軟件環(huán)形分配器:驅(qū)動安裝本身無環(huán)形

26、分配器,軟件環(huán)形分配器:驅(qū)動安裝本身無環(huán)形分配器,環(huán)形分配需求軟件完成。環(huán)形分配需求軟件完成。輸入、輸出信號普通為輸入、輸出信號普通為TTL電平,輸出信號電平,輸出信號A、B、C為為高電平常表示相應(yīng)繞組通電,低電平常表示相應(yīng)繞組失高電平常表示相應(yīng)繞組通電,低電平常表示相應(yīng)繞組失電。電。CLK為數(shù)控安裝發(fā)出的脈沖信號,每個脈沖信號的上升為數(shù)控安裝發(fā)出的脈沖信號,每個脈沖信號的上升或下降沿到來時,輸出改動一次繞組的通電形狀。或下降沿到來時,輸出改動一次繞組的通電形狀。DIR為數(shù)控安裝發(fā)出的方向信號,其電平高低對應(yīng)電機(jī)繞為數(shù)控安裝發(fā)出的方向信號,其電平高低對應(yīng)電機(jī)繞組通電順序的改動,即步進(jìn)電機(jī)的正、

27、反轉(zhuǎn)。組通電順序的改動,即步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。FULL/HALF控制電機(jī)的整步或半步。控制電機(jī)的整步或半步。軟件環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計方法有查表法、比較法、移位軟件環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計方法有查表法、比較法、移位存放器法等。存放器法等。如下圖,如下圖,8031單片機(jī)的單片機(jī)的P1口的三個引腳經(jīng)過光電隔離、功口的三個引腳經(jīng)過光電隔離、功率放大后分別與電機(jī)的率放大后分別與電機(jī)的A、B、C銜接。銜接。采用三相六拍方式時,電機(jī)正轉(zhuǎn)的通電順序為采用三相六拍方式時,電機(jī)正轉(zhuǎn)的通電順序為AABBBCCCAA。電機(jī)反轉(zhuǎn)的通電順序為電機(jī)反轉(zhuǎn)的通電順序為AACCCBBBAA。功能:將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號放大,以功

28、能:將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號放大,以用足夠的功率來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。用足夠的功率來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。1單電壓功率放大器單電壓功率放大器2高低電壓功率放大器高低電壓功率放大器3斬波恒流功率放大器斬波恒流功率放大器4調(diào)頻調(diào)壓功率放大器調(diào)頻調(diào)壓功率放大器1. 傳動間隙補(bǔ)償傳動間隙補(bǔ)償提高機(jī)床傳動元件的齒輪、絲杠制造裝配精度并采取提高機(jī)床傳動元件的齒輪、絲杠制造裝配精度并采取消除傳動間隙的措施,只能減少不能完全消除傳動消除傳動間隙的措施,只能減少不能完全消除傳動間隙。間隙。機(jī)械傳動鏈在改動運動或旋轉(zhuǎn)方向時,最初假設(shè)干個機(jī)械傳動鏈在改動運動或旋轉(zhuǎn)方向時,最初假設(shè)干個指令脈沖只能起到消除間隙的作用,呵斥步進(jìn)電機(jī)

29、指令脈沖只能起到消除間隙的作用,呵斥步進(jìn)電機(jī)的空走,而任務(wù)臺無實踐挪動,從而產(chǎn)生傳動誤差。的空走,而任務(wù)臺無實踐挪動,從而產(chǎn)生傳動誤差。補(bǔ)償方法:先測出并存儲間隙大小,接納反向位移指補(bǔ)償方法:先測出并存儲間隙大小,接納反向位移指令時,先不向步進(jìn)電機(jī)輸出反向位移脈沖,而將間令時,先不向步進(jìn)電機(jī)輸出反向位移脈沖,而將間隙值轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)隙值轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)N,驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動,越過傳,驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動,越過傳動間隙,然后按照指令脈激動作。動間隙,然后按照指令脈激動作。2. 螺距誤差補(bǔ)償螺距誤差補(bǔ)償傳動鏈中滾珠絲杠螺距傳動鏈中滾珠絲杠螺距的制造誤差直接影響的制造誤差直接影響機(jī)床任務(wù)臺的位移精機(jī)床任務(wù)臺的位

30、移精度。度。補(bǔ)償方法:設(shè)置假設(shè)干補(bǔ)償方法:設(shè)置假設(shè)干個補(bǔ)償點,在每個補(bǔ)個補(bǔ)償點,在每個補(bǔ)償點丈量并記錄任務(wù)償點丈量并記錄任務(wù)臺位移誤差,確定補(bǔ)臺位移誤差,確定補(bǔ)償值并作為控制參數(shù)償值并作為控制參數(shù)保送給數(shù)控安裝。保送給數(shù)控安裝。設(shè)備運轉(zhuǎn)時,任務(wù)臺每設(shè)備運轉(zhuǎn)時,任務(wù)臺每經(jīng)過一個補(bǔ)償點,經(jīng)過一個補(bǔ)償點,CNC系統(tǒng)就參與補(bǔ)償系統(tǒng)就參與補(bǔ)償量,補(bǔ)償螺距誤差。量,補(bǔ)償螺距誤差。3. 細(xì)分線路細(xì)分線路細(xì)分驅(qū)動:將一個步距角細(xì)分為假設(shè)干步的驅(qū)動方法。細(xì)分驅(qū)動:將一個步距角細(xì)分為假設(shè)干步的驅(qū)動方法。7.3.1 直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)1. 直流伺服電機(jī)的類型直流伺服電機(jī)的類型按電樞的構(gòu)造和外形分:平滑電樞型、

31、空心電樞型和按電樞的構(gòu)造和外形分:平滑電樞型、空心電樞型和有槽電樞型等。有槽電樞型等。按定子磁場產(chǎn)生方式分:永磁式和他勵式。按定子磁場產(chǎn)生方式分:永磁式和他勵式。按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量大小分:大慣量、中慣量和小慣量伺按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量大小分:大慣量、中慣量和小慣量伺服電機(jī)。服電機(jī)。2. 直流伺服電機(jī)的構(gòu)造直流伺服電機(jī)的構(gòu)造1定子:產(chǎn)生定子磁極磁場。定子:產(chǎn)生定子磁極磁場。2轉(zhuǎn)子:外表嵌有線圈,通直流電時,在定子磁轉(zhuǎn)子:外表嵌有線圈,通直流電時,在定子磁場作用下產(chǎn)生帶負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。場作用下產(chǎn)生帶負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。3電刷與換向片:為使產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩堅持恒定電刷與換向片:為使產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩堅持恒定的方向

32、,保證轉(zhuǎn)子能沿著固定方向均勻地延續(xù)旋轉(zhuǎn),的方向,保證轉(zhuǎn)子能沿著固定方向均勻地延續(xù)旋轉(zhuǎn),將電刷與外加直流電源銜接,換向片與電樞線圈銜將電刷與外加直流電源銜接,換向片與電樞線圈銜接。接。3. 直流伺服電機(jī)的任務(wù)原理直流伺服電機(jī)的任務(wù)原理1永磁式直流電機(jī)任務(wù)原理永磁式直流電機(jī)任務(wù)原理直流電壓加在直流電壓加在A、B兩電刷之間,電流從兩電刷之間,電流從A流入,從流入,從B流流出,導(dǎo)體出,導(dǎo)體ab和和cd遭到逆時針方向作用力,轉(zhuǎn)子在逆遭到逆時針方向作用力,轉(zhuǎn)子在逆時針方向地電磁轉(zhuǎn)矩作用下旋轉(zhuǎn)。時針方向地電磁轉(zhuǎn)矩作用下旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過90,電樞線圈處于磁極的中性面,電刷與,電樞線圈處于磁極的中性面

33、,電刷與換向片斷開,無電磁轉(zhuǎn)矩作用。換向片斷開,無電磁轉(zhuǎn)矩作用。在慣性作用下,電樞繼續(xù)轉(zhuǎn)動一在慣性作用下,電樞繼續(xù)轉(zhuǎn)動一個角度,當(dāng)電刷與換向片再次接個角度,當(dāng)電刷與換向片再次接觸時,導(dǎo)體觸時,導(dǎo)體ab和和cd交換了位置,交換了位置,ab和和cd中的電流也發(fā)生改動,從中的電流也發(fā)生改動,從而保證電樞遭到地電磁轉(zhuǎn)矩方向而保證電樞遭到地電磁轉(zhuǎn)矩方向不變,因此,電樞可以延續(xù)轉(zhuǎn)動。不變,因此,電樞可以延續(xù)轉(zhuǎn)動。2他勵式直流電機(jī)任務(wù)原理他勵式直流電機(jī)任務(wù)原理定子上有磁勵繞住和補(bǔ)償繞組,轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過電刷定子上有磁勵繞住和補(bǔ)償繞組,轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過電刷供電。供電。轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場一直正交,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)子磁

34、場與定子磁場一直正交,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。直流電機(jī)地機(jī)械特性公式直流電機(jī)地機(jī)械特性公式公式中,公式中,n為電機(jī)轉(zhuǎn)速,為電機(jī)轉(zhuǎn)速,Ua為電樞外加電壓,為電樞外加電壓,Ce為反電為反電動勢常數(shù),動勢常數(shù),為電機(jī)磁通量,為電機(jī)磁通量,Ra為電樞電阻,為電樞電阻,Cm為轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)矩常數(shù),矩常數(shù),M為電磁轉(zhuǎn)矩。為電磁轉(zhuǎn)矩。直流電機(jī)的三種調(diào)速方法。直流電機(jī)的三種調(diào)速方法。改動電樞外加電壓改動電樞外加電壓Ua。該方法可以得到調(diào)速范圍較寬的。該方法可以得到調(diào)速范圍較寬的恒轉(zhuǎn)矩特性,機(jī)械特性好,適用于主軸驅(qū)動的低速段和恒轉(zhuǎn)矩特性,機(jī)械特性好,適用于主軸驅(qū)動的低速段和進(jìn)給驅(qū)動。進(jìn)給驅(qū)動。改動磁通量改動磁通量。可得

35、到恒功率特性,適用于主軸驅(qū)動的。可得到恒功率特性,適用于主軸驅(qū)動的高速段,不適宜于進(jìn)給驅(qū)動。高速段,不適宜于進(jìn)給驅(qū)動。改動電樞電路的電阻改動電樞電路的電阻Ra。該方法得到的機(jī)械特性較軟,。該方法得到的機(jī)械特性較軟,不能實現(xiàn)無級調(diào)速,也不適宜于數(shù)控機(jī)床。不能實現(xiàn)無級調(diào)速,也不適宜于數(shù)控機(jī)床。MCCRCUnmeaea2 1. 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)三相全控橋式整流電路作為直流速度控制單元的主電路。三相全控橋式整流電路作為直流速度控制單元的主電路。兩組正負(fù)對接的晶閘管,一組用于提供正向電壓,供電機(jī)正轉(zhuǎn)。兩組正負(fù)對接的晶閘管,一組用于提供正向電壓,供電機(jī)正轉(zhuǎn)。一組提供反向電壓,供電機(jī)反轉(zhuǎn)

36、。一組提供反向電壓,供電機(jī)反轉(zhuǎn)。經(jīng)過對經(jīng)過對12個晶閘管觸發(fā)延遲角的控制,到達(dá)控制電機(jī)電樞電壓,從個晶閘管觸發(fā)延遲角的控制,到達(dá)控制電機(jī)電樞電壓,從而對電機(jī)進(jìn)展調(diào)速。而對電機(jī)進(jìn)展調(diào)速。速度調(diào)理器和電流調(diào)理器均是由線性集成放大器和阻速度調(diào)理器和電流調(diào)理器均是由線性集成放大器和阻容元件構(gòu)成的容元件構(gòu)成的PI調(diào)理器。調(diào)理器。速度環(huán)起主導(dǎo)作用,電流環(huán)的作用是在啟動和堵轉(zhuǎn)時速度環(huán)起主導(dǎo)作用,電流環(huán)的作用是在啟動和堵轉(zhuǎn)時限制最大電樞電流。限制最大電樞電流。2. 晶體管脈寬調(diào)制晶體管脈寬調(diào)制PWM直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)1PWM系統(tǒng)的組成及任務(wù)原理系統(tǒng)的組成及任務(wù)原理脈寬調(diào)制:使功率放大器中的晶體管任務(wù)在開

37、關(guān)形狀下,脈寬調(diào)制:使功率放大器中的晶體管任務(wù)在開關(guān)形狀下,開關(guān)頻率堅持恒定,用調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)的晶體管導(dǎo)通時開關(guān)頻率堅持恒定,用調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)的晶體管導(dǎo)通時間的方法來改動輸出,從而使得電機(jī)電樞兩端獲得寬度間的方法來改動輸出,從而使得電機(jī)電樞兩端獲得寬度隨時間變化的給定頻率的電壓脈沖。隨時間變化的給定頻率的電壓脈沖。脈寬延續(xù)變化,使得電樞電壓平均值延續(xù)變化,進(jìn)而導(dǎo)致脈寬延續(xù)變化,使得電樞電壓平均值延續(xù)變化,進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速延續(xù)變化。電機(jī)轉(zhuǎn)速延續(xù)變化。2. 脈寬調(diào)制器脈寬調(diào)制器7.4.1 交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)1. 交流伺服電機(jī)的類型交流伺服電機(jī)的類型永磁式交流伺服電機(jī)和感應(yīng)式交流伺服電機(jī)永磁式

38、交流伺服電機(jī)和感應(yīng)式交流伺服電機(jī)共同點:任務(wù)原理均由定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使共同點:任務(wù)原理均由定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使得轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場一同運轉(zhuǎn)。得轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場一同運轉(zhuǎn)。不同點:永磁式伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與外加交流電源不同點:永磁式伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與外加交流電源的頻率存在著嚴(yán)厲的同步關(guān)系,即電機(jī)的轉(zhuǎn)速的頻率存在著嚴(yán)厲的同步關(guān)系,即電機(jī)的轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速;而感應(yīng)式伺服電機(jī)等于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速;而感應(yīng)式伺服電機(jī)由于需求轉(zhuǎn)速差才干產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,因此,電由于需求轉(zhuǎn)速差才干產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,因此,電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于磁場同步轉(zhuǎn)速,負(fù)載越大,轉(zhuǎn)速機(jī)的轉(zhuǎn)速低于磁場同步轉(zhuǎn)速,負(fù)載越大,轉(zhuǎn)速差越大。差越大。

39、2. 永磁交流伺服電機(jī)構(gòu)造與任務(wù)原理永磁交流伺服電機(jī)構(gòu)造與任務(wù)原理電機(jī)構(gòu)造:由定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件組成,其中電機(jī)構(gòu)造:由定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件組成,其中1定子;定子;2轉(zhuǎn)子;轉(zhuǎn)子;3壓板;壓板;4定子三相繞組;定子三相繞組;5脈沖編碼器;脈沖編碼器;6接線盒。接線盒。l任務(wù)原理:定子三相繞組接上電任務(wù)原理:定子三相繞組接上電源后,產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,該旋源后,產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,該旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn);旋轉(zhuǎn);l定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的永久磁鐵定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁極相互吸引,并帶動轉(zhuǎn)子以同磁極相互吸引,并帶動轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速n0一同旋轉(zhuǎn);一同旋轉(zhuǎn);l當(dāng)轉(zhuǎn)子軸上加有負(fù)載轉(zhuǎn)

40、矩后,呵當(dāng)轉(zhuǎn)子軸上加有負(fù)載轉(zhuǎn)矩后,呵斥定子磁場軸線與轉(zhuǎn)子磁極軸線斥定子磁場軸線與轉(zhuǎn)子磁極軸線不重合,相差一個不重合,相差一個角,負(fù)載轉(zhuǎn)矩角,負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時發(fā)生變化時角也發(fā)生變化。角也發(fā)生變化。l只需不超越一定限制,轉(zhuǎn)子一直只需不超越一定限制,轉(zhuǎn)子一直跟隨定子的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速跟隨定子的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。交流伺服電機(jī)調(diào)速原理交流伺服電機(jī)調(diào)速原理 同步型交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速:同步型交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速:n=n0=60f/p; 異步型交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速:異步型交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速:n=(60f/p)1-s.電機(jī)調(diào)速的三種方法:電機(jī)調(diào)速的三種方法:1改動磁極對數(shù)改動磁極對數(shù)P:有級調(diào)速

41、方法,經(jīng)過對:有級調(diào)速方法,經(jīng)過對定子繞組接線的切換而改動磁極對數(shù)來實現(xiàn)。定子繞組接線的切換而改動磁極對數(shù)來實現(xiàn)。2改動轉(zhuǎn)差率改動轉(zhuǎn)差率s:只適宜于異步型交流電機(jī):只適宜于異步型交流電機(jī)的調(diào)速。的調(diào)速。3變頻調(diào)速:經(jīng)過改動電機(jī)電源的頻率變頻調(diào)速:經(jīng)過改動電機(jī)電源的頻率f而而改動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2. SPWM變頻調(diào)速變頻調(diào)速 1SPWM調(diào)制原理調(diào)制原理 2SPWM變頻器的功率放大電路變頻器的功率放大電路 3SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)速度給定器:給定信號,控制頻率、電壓及正反轉(zhuǎn)。速度給定器:給定信號,控制頻率、電壓及正反轉(zhuǎn)。平穩(wěn)啟動回路:使啟動加、減速時間可隨機(jī)械負(fù)載設(shè)定,以到達(dá)

42、軟啟動的目平穩(wěn)啟動回路:使啟動加、減速時間可隨機(jī)械負(fù)載設(shè)定,以到達(dá)軟啟動的目的。的。函數(shù)發(fā)生器:在輸出低頻信號時堅持電機(jī)氣隙磁通一定,補(bǔ)償定子電壓降的函數(shù)發(fā)生器:在輸出低頻信號時堅持電機(jī)氣隙磁通一定,補(bǔ)償定子電壓降的影響。影響。電壓頻率變壓器:將電壓轉(zhuǎn)換為頻率,經(jīng)分頻器、環(huán)電壓頻率變壓器:將電壓轉(zhuǎn)換為頻率,經(jīng)分頻器、環(huán)形計數(shù)器產(chǎn)生方波,和經(jīng)三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波形計數(shù)器產(chǎn)生方波,和經(jīng)三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波一同送入調(diào)制回路。一同送入調(diào)制回路。電壓調(diào)理器:產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的控制正弦波,送電壓調(diào)理器:產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的控制正弦波,送入調(diào)制回路,送入調(diào)制回路,在調(diào)制回路中進(jìn)展入調(diào)制回路,送入調(diào)

43、制回路,在調(diào)制回路中進(jìn)展SPWM變換,產(chǎn)生三相的脈沖寬度調(diào)制信號。在基極變換,產(chǎn)生三相的脈沖寬度調(diào)制信號。在基極回路中輸出信號至功率晶體管基極,即對回路中輸出信號至功率晶體管基極,即對SPWM的主的主回路進(jìn)展控制,實現(xiàn)對永磁交流伺服電機(jī)的變頻調(diào)速。回路進(jìn)展控制,實現(xiàn)對永磁交流伺服電機(jī)的變頻調(diào)速。電流檢測器:過載維護(hù)。電流檢測器:過載維護(hù)。與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)滾珠絲杠不同,直線電機(jī)直接驅(qū)動機(jī)床任滾珠絲杠不同,直線電機(jī)直接驅(qū)動機(jī)床任務(wù)臺,取消驅(qū)動電機(jī)和任務(wù)臺之間的一切中間務(wù)臺,取消驅(qū)動電機(jī)和任務(wù)臺之間的一切中間傳動環(huán)節(jié)。傳動環(huán)節(jié)。7.5.1

44、 直線電機(jī)直線電機(jī)分為交流和直流兩種,交流直線電機(jī)又分為感分為交流和直流兩種,交流直線電機(jī)又分為感應(yīng)異步式和永磁同步式。應(yīng)異步式和永磁同步式。直線電機(jī)相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿過軸線的平面剖直線電機(jī)相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿過軸線的平面剖開,并將定子、轉(zhuǎn)子圓周展開為平面和進(jìn)展一開,并將定子、轉(zhuǎn)子圓周展開為平面和進(jìn)展一些演化構(gòu)成。些演化構(gòu)成。2. 直線電機(jī)的任務(wù)原理直線電機(jī)的任務(wù)原理根本原理:利用電磁作用將電能轉(zhuǎn)換為動能。根本原理:利用電磁作用將電能轉(zhuǎn)換為動能。1感應(yīng)異步式直線電機(jī)的構(gòu)造及任務(wù)原理感應(yīng)異步式直線電機(jī)的構(gòu)造及任務(wù)原理2永磁同步式直線電機(jī)任務(wù)原理永磁同步式直線電機(jī)任務(wù)原理3. 直線電機(jī)的特點直線電機(jī)

45、的特點調(diào)理速度方便。調(diào)理速度方便。加速度大,呼應(yīng)快。加速度大,呼應(yīng)快。定位精度和跟蹤精度高。定位精度和跟蹤精度高。行程不受限制。行程不受限制。由執(zhí)行器、控制器和位置檢測安裝組成。由執(zhí)行器、控制器和位置檢測安裝組成。執(zhí)行器:直線電機(jī)本體。執(zhí)行器:直線電機(jī)本體。控制器:由控制器:由CNC控制器和控制器和DDS數(shù)值控制模塊組成。數(shù)值控制模塊組成。位置檢測安裝:光柵、感應(yīng)同步尺等。位置檢測安裝:光柵、感應(yīng)同步尺等。雙環(huán)系統(tǒng),內(nèi)環(huán)為速度環(huán),外環(huán)為位置環(huán)。雙環(huán)系統(tǒng),內(nèi)環(huán)為速度環(huán),外環(huán)為位置環(huán)。位置環(huán):接納來自光柵尺的位置反響信號及插補(bǔ)信號位置環(huán):接納來自光柵尺的位置反響信號及插補(bǔ)信號的比較信號,來控制速度

46、環(huán)的指令速度,從而調(diào)理執(zhí)的比較信號,來控制速度環(huán)的指令速度,從而調(diào)理執(zhí)行件的位置一直與指令位置堅持一致。行件的位置一直與指令位置堅持一致。速度環(huán):根據(jù)位置環(huán)的指令速度快速而準(zhǔn)確控制電機(jī),速度環(huán):根據(jù)位置環(huán)的指令速度快速而準(zhǔn)確控制電機(jī),使得其不受負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小和方向的影響,并快速跟蹤使得其不受負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小和方向的影響,并快速跟蹤指令速度的變化。指令速度的變化。1. 途徑生成問題途徑生成問題三個方面:加加速度、插補(bǔ)和對加工程序段的預(yù)處置。三個方面:加加速度、插補(bǔ)和對加工程序段的預(yù)處置。2. 直線電機(jī)對負(fù)載剛性的影響直線電機(jī)對負(fù)載剛性的影響三個要素:速度控制環(huán)比例增益、積分時間和在沒有前三個要素:速度

47、控制環(huán)比例增益、積分時間和在沒有前饋控制情況下的位置控制環(huán)比例增益。饋控制情況下的位置控制環(huán)比例增益。3. 影響定位時間的要素影響定位時間的要素四個要素:最大加速度、速度、加加速度和位置控制進(jìn)四個要素:最大加速度、速度、加加速度和位置控制進(jìn)給前饋實踐增益。給前饋實踐增益。4. 影響加工途徑精度的要素影響加工途徑精度的要素三個要素:途徑生成最大加速度和位置控制進(jìn)給前饋實三個要素:途徑生成最大加速度和位置控制進(jìn)給前饋實踐增益。踐增益。7.6.1 數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)將指令脈沖將指令脈沖F與反響脈沖與反響脈沖Pf進(jìn)展比較,決議位進(jìn)展比較,決議位置偏向置偏向e,再將位置偏向,再將位

48、置偏向e放大后輸出給速度放大后輸出給速度控制單元和電機(jī)執(zhí)行,以減少和消除位置偏控制單元和電機(jī)執(zhí)行,以減少和消除位置偏向。向。半閉環(huán)系統(tǒng)中,檢測元件多采用光電編碼器;半閉環(huán)系統(tǒng)中,檢測元件多采用光電編碼器;閉環(huán)系統(tǒng)中,檢測元件多采用光柵。閉環(huán)系統(tǒng)中,檢測元件多采用光柵。任務(wù)過程:當(dāng)指令脈沖為正而反響脈沖為負(fù)時,任務(wù)過程:當(dāng)指令脈沖為正而反響脈沖為負(fù)時,計數(shù)器作加法運算;當(dāng)指令脈沖為負(fù)而反響計數(shù)器作加法運算;當(dāng)指令脈沖為負(fù)而反響脈沖為正時,計數(shù)器作減法運算。脈沖為正時,計數(shù)器作減法運算。計數(shù)器的計算結(jié)果:計數(shù)器的計算結(jié)果:當(dāng)當(dāng)eFPf0時,任務(wù)臺正向挪動;時,任務(wù)臺正向挪動;當(dāng)當(dāng)eFPf0時,任務(wù)

49、臺反向運動;時,任務(wù)臺反向運動;當(dāng)當(dāng)eFPf0時,任務(wù)臺靜止。時,任務(wù)臺靜止。常用檢測元件是旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器。常用檢測元件是旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器。脈沖調(diào)相器數(shù)字相位變化器:未來自數(shù)控安脈沖調(diào)相器數(shù)字相位變化器:未來自數(shù)控安裝的進(jìn)給脈沖信號轉(zhuǎn)換為相位變化信號。裝的進(jìn)給脈沖信號轉(zhuǎn)換為相位變化信號。以位置檢測信號的幅值大小來反映機(jī)械位移量的數(shù)值,以位置檢測信號的幅值大小來反映機(jī)械位移量的數(shù)值,并以此信號作為反響信號,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后與指令并以此信號作為反響信號,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后與指令信號進(jìn)展比較,從而獲得位置偏向構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。信號進(jìn)展比較,從而獲得位置偏向構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。常用檢測元件:

50、旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器。常用檢測元件:旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器。利用計算機(jī)軟件實現(xiàn)數(shù)控各功能,系統(tǒng)中的控制信息利用計算機(jī)軟件實現(xiàn)數(shù)控各功能,系統(tǒng)中的控制信息全部用數(shù)字量處置。全部用數(shù)字量處置。提供加工各類工件所需的切削功率,主要完成主軸調(diào)提供加工各類工件所需的切削功率,主要完成主軸調(diào)速和正反轉(zhuǎn)功能。速和正反轉(zhuǎn)功能。7.7.1 直流主軸伺服系統(tǒng)直流主軸伺服系統(tǒng)由速度環(huán)和電流環(huán)組成雙環(huán)調(diào)速,控制直流主軸電機(jī)由速度環(huán)和電流環(huán)組成雙環(huán)調(diào)速,控制直流主軸電機(jī)的電樞電壓來進(jìn)展恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。的電樞電壓來進(jìn)展恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。交流主軸電機(jī)普通采用感應(yīng)式交流伺服電機(jī)。交流主軸電機(jī)普通采用感應(yīng)式交流伺服電機(jī)。感應(yīng)式交流伺服

51、電機(jī)構(gòu)造簡單、廉價、可靠,配感應(yīng)式交流伺服電機(jī)構(gòu)造簡單、廉價、可靠,配合矢量交換控制的主軸驅(qū)動安裝,可以滿足數(shù)控合矢量交換控制的主軸驅(qū)動安裝,可以滿足數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動的要求。機(jī)床主軸驅(qū)動的要求。主軸驅(qū)動交流伺服化是數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動控制的主軸驅(qū)動交流伺服化是數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動控制的開展趨勢。開展趨勢。l主軸用交流感應(yīng)式伺服電機(jī)外主軸用交流感應(yīng)式伺服電機(jī)外形多呈多邊形,與普通感應(yīng)式形多呈多邊形,與普通感應(yīng)式電機(jī)相比,其轉(zhuǎn)子多為帶斜槽電機(jī)相比,其轉(zhuǎn)子多為帶斜槽的鑄鋁構(gòu)造,在電機(jī)軸尾部同的鑄鋁構(gòu)造,在電機(jī)軸尾部同軸安裝檢測用脈沖發(fā)生器和脈軸安裝檢測用脈沖發(fā)生器和脈沖編碼器。沖編碼器。1交流主軸電機(jī);交流

52、主軸電機(jī);2普通感普通感應(yīng)式電機(jī);應(yīng)式電機(jī);3冷卻通風(fēng)孔冷卻通風(fēng)孔1. 新型主軸電機(jī)構(gòu)造新型主軸電機(jī)構(gòu)造1輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電機(jī)輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電機(jī)在任何刀具切削速度下提供恒定的功率。在任何刀具切削速度下提供恒定的功率。2液體冷卻主軸電機(jī)液體冷卻主軸電機(jī)主軸電機(jī)輸出功率大,必需處理散熱問題。主軸電機(jī)輸出功率大,必需處理散熱問題。常采用風(fēng)扇散熱,而采用液體冷卻能在堅持小體常采用風(fēng)扇散熱,而采用液體冷卻能在堅持小體積條件下獲得更大的輸出功率。積條件下獲得更大的輸出功率。特點:在電機(jī)外殼和前端蓋中間添加一個獨特的特點:在電機(jī)外殼和前端蓋中間添加一個獨特的油路,采用強(qiáng)迫循環(huán)的光滑油冷卻繞組和軸承。油

53、路,采用強(qiáng)迫循環(huán)的光滑油冷卻繞組和軸承。3電主軸電主軸電主軸:機(jī)床主軸由內(nèi)裝式主軸電機(jī)直接驅(qū)動,電主軸:機(jī)床主軸由內(nèi)裝式主軸電機(jī)直接驅(qū)動,從而把機(jī)床主傳動鏈的長度縮短為零,實現(xiàn)機(jī)從而把機(jī)床主傳動鏈的長度縮短為零,實現(xiàn)機(jī)床的床的“零傳動。零傳動。電主軸系統(tǒng)由內(nèi)裝式電主軸單元、驅(qū)動控制器、電主軸系統(tǒng)由內(nèi)裝式電主軸單元、驅(qū)動控制器、編碼系統(tǒng)、直流母線能耗制動器和通訊電纜組編碼系統(tǒng)、直流母線能耗制動器和通訊電纜組成。成。2. 交流主軸電機(jī)控制單元交流主軸電機(jī)控制單元矢量控制是根據(jù)異步電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型,利用坐矢量控制是根據(jù)異步電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型,利用坐標(biāo)變換的方法將電機(jī)的定子電流分解為磁場分量標(biāo)變換的

54、方法將電機(jī)的定子電流分解為磁場分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流,模擬直流電機(jī)的控制方式,電流和轉(zhuǎn)矩分量電流,模擬直流電機(jī)的控制方式,對電機(jī)的磁場和轉(zhuǎn)矩分別控制,使得異步電機(jī)的對電機(jī)的磁場和轉(zhuǎn)矩分別控制,使得異步電機(jī)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性接近于直流電機(jī)的性能。靜態(tài)特性和動態(tài)特性接近于直流電機(jī)的性能。主軸準(zhǔn)停:主軸定向,指當(dāng)主軸停頓時,可以準(zhǔn)主軸準(zhǔn)停:主軸定向,指當(dāng)主軸停頓時,可以準(zhǔn)確停于某一個固定位置。分為機(jī)械準(zhǔn)停和電氣準(zhǔn)確停于某一個固定位置。分為機(jī)械準(zhǔn)停和電氣準(zhǔn)停。停。1. 機(jī)械準(zhǔn)停機(jī)械準(zhǔn)停2. 電氣準(zhǔn)停控制電氣準(zhǔn)停控制1磁傳感器準(zhǔn)停控制磁傳感器準(zhǔn)停控制主軸單元接納準(zhǔn)停啟動信號后,主軸立刻減速至準(zhǔn)主軸單元

55、接納準(zhǔn)停啟動信號后,主軸立刻減速至準(zhǔn)停速度。停速度。當(dāng)主軸到達(dá)準(zhǔn)停速度且到達(dá)準(zhǔn)停位置時磁發(fā)生器當(dāng)主軸到達(dá)準(zhǔn)停速度且到達(dá)準(zhǔn)停位置時磁發(fā)生器與磁傳感器對準(zhǔn),主軸立刻減速至某一爬行速與磁傳感器對準(zhǔn),主軸立刻減速至某一爬行速度。度。當(dāng)磁感應(yīng)器信號出現(xiàn)時,主軸驅(qū)動立刻進(jìn)入以磁傳當(dāng)磁感應(yīng)器信號出現(xiàn)時,主軸驅(qū)動立刻進(jìn)入以磁傳感器作為反響元件的位置閉環(huán)控制,目的位置即感器作為反響元件的位置閉環(huán)控制,目的位置即為準(zhǔn)停位置。為準(zhǔn)停位置。2編碼器準(zhǔn)停控制編碼器準(zhǔn)停控制由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停啟動信號,主軸驅(qū)動的控制與磁傳感器控由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停啟動信號,主軸驅(qū)動的控制與磁傳感器控制方式類似,準(zhǔn)停完成后相數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停完

56、成信號。制方式類似,準(zhǔn)停完成后相數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停完成信號。編碼器準(zhǔn)停位置由外部開關(guān)量信號設(shè)定給數(shù)控系統(tǒng),由數(shù)控系編碼器準(zhǔn)停位置由外部開關(guān)量信號設(shè)定給數(shù)控系統(tǒng),由數(shù)控系統(tǒng)向主軸驅(qū)動單元發(fā)出準(zhǔn)停位置信號。統(tǒng)向主軸驅(qū)動單元發(fā)出準(zhǔn)停位置信號。磁傳感器控制要調(diào)整準(zhǔn)停位置,只能靠調(diào)整磁性元件和磁傳感磁傳感器控制要調(diào)整準(zhǔn)停位置,只能靠調(diào)整磁性元件和磁傳感器的相對安裝位置實現(xiàn)。器的相對安裝位置實現(xiàn)。3 數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)停控制數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)停控制任務(wù)原理與進(jìn)給位置控制類似,準(zhǔn)停位置由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)任務(wù)原理與進(jìn)給位置控制類似,準(zhǔn)停位置由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定。定。由位置傳感器把實踐位置信號反響給數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)把由位置傳感器把

57、實踐位置信號反響給數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)把實踐位置信號與指令位置信號進(jìn)展比較,并將差值經(jīng)實踐位置信號與指令位置信號進(jìn)展比較,并將差值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后,供應(yīng)主軸驅(qū)動安裝,控制主軸準(zhǔn)確停頓在指令位轉(zhuǎn)換后,供應(yīng)主軸驅(qū)動安裝,控制主軸準(zhǔn)確停頓在指令位置。置。%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w

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