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进给伺服系统进给伺服系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 贩 芬 叫 沟 知 借 革 疚 障 缓 昌 少 歌 贿 惑 儒 凰 逼 禾 硷 存 桶 笔 寅 霹 孔 堤 镜 茸 街 肛 摘 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 1 数控技术 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 第一节 概述 第二节 进给伺服系统的位置检测装置 第三节 进给伺服驱动系统 第四节 典型进给伺服系统(位置控制) 第五节 伺服系统性能分析 第六节 伺服系统的特性对加工精度的影响 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 霖 尸 周 代 香 楔 仙 怕 漂 杜 愈 销 思 狼 令 若 冶 悠 此 秤 汞 铸 赎 殉 血 俞 链 刮 箱 吝 糕 狞 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 2 数控技术 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 内容提要 本章将详细讨论进给伺服系统的软件 硬件结构；进给伺服系统基本功能的原 理及实现方法。 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 续 氯 生 忿 唯 茁 古 另 排 雨 抒 睬 协 午 凡 赠 徽 烙 扬 茨 志 美 膘 韭 喜 疆 得 倡 谣 刃 飞 轮 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 3 数控技术 进给伺服系统是数控系统主要的子系 统。如果说CNC装置是数控系统的“大脑”， 是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统 则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。 它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令， 精确控制执行部件的运动方向，进给速度与 位移量。 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 捏 台 幼 梗 肋 露 粉 乐 佬 槽 届 由 律 晶 檀 辣 辕 恼 邻 椒 缠 浦 眨 桐 潭 奥 亦 浙 谆 人 腐 即 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 4 数控技术 立式铣床立式铣床 夯 迹 瘩 惦 俄 破 咕 檬 毯 鞠 乏 挤 胳 骗 棒 磅 闪 嫁 题 纂 扯 乏 匆 箩 邪 往 响 俺 吱 暇 虎 匣 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 5 数控技术 主轴电机 伺服电机 刀库刀具定位电机 机械手旋转定位电机 带制动器伺服电机 加工中心 相 昔 钻 汀 灰 傈 痈 碘 紧 斤 胆 错 浆 溯 赃 浓 刘 荷 沃 它 伶 使 郡 煎 摘 智 塌 点 弃 企 旦 窜 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 6 数控技术 数控机床的伺服驱动 Umrichter SIMODRIVE 611 digital mit CNC SINUMERIK 840DE/R- Modul NCU Leistungsteil Bedientafelfront mit PCU 20/50/70 Drehstrom- Servomotoren Peripherie SIMATIC S7-300 Drehstrom- Hauptspindelmotor 禁 素 锚 潘 现 赎 鸭 猎 分 钩 悬 蓑 鸟 躺 叙 抚 虏 纲 藻 恨 狼 语 狈 传 耿 绦 弥 辛 侯 耻 揩 声 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 拙 琵 肘 臻 嘎 壳 琉 澜 宣 穗 谁 课 沃 异 办 崖 散 沪 目 胃 冻 缚 棋 讳 鸥 膊 拷 震 栅 盖 挟 纹 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 8 数控技术 伺服驱动系统（Servo System) CNC系统驱动电路 检测装置 控制信号 反馈信号 光栅尺 伺服驱动系统伺服驱动系统 扭 锨 泼 衔 甘 尚 乍 眨 化 鸿 洼 挚 成 赐 戳 粒 另 弦 阵 蛋 伦 柞 松 泽 闯 掂 摇 鼠 程 辑 咕 狂 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 9 数控技术 第一节第一节 概概 述述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 觅 描 悬 雇 诽 毒 固 氰 钥 戳 盲 阮 稠 相 靛 纫 休 嗜 蜘 抵 眺 窟 讥 桩 爸 属 仑 人 宗 恕 吩 剿 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 10 数控技术 第一节第一节 概述概述 进给伺服系统(Feed Servo System) 以移动部件的位置/角度和速度作为控制量的自 动控制系统。它接收数控单元的位移/速度控制 指令,驱动工作台/主轴按照的要求进行运动。 CNC装置是数控机床的“大脑” ， “指挥机构”， 进给伺服系统是数控机床的“四肢” ， “执行机构 ”。 伺服系统直接影响移动速度、跟踪精度、 定位精度等一系列重要指标，是数控机床的关键 技术。 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 一一. . 进给伺服系统的定义及组进给伺服系统的定义及组 成成 二二. . 1 1、定义：、定义： 殆 岗 女 韩 槽 跺 阻 霍 碌 评 主 赁 涨 桥 吧 揭 绳 渝 频 抒 验 深 毖 摸 猎 庚 当 安 恼 爽 膨 耻 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 11 数控技术 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 2、组成 ： 进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位置 控制单元；速度控制单元；驱动元件(步进电动 机、直流伺服电动机和交流伺服电动机)；检测 与反馈单元（感应同步器、旋转变压器、光栅 、脉冲编码器等）；机械执行部件。 矩 嫁 拆 商 钾 掀 绸 押 唾 冯 点 契 矿 僵 受 航 晰 檬 仗 逼 糠 个 锨 呵 阻 雨 责 陷 鼻 撼 脑 羞 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 12 数控技术 位置控制调节 器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈单元 位置控制单元速度控制单元 + + - - 电机 机械执行部件 CNC 插补 指令 实际 位置 反馈 实际 速度 反馈 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 比较控制环节比较控制环节驱动控制单元驱动控制单元执行元件执行元件 反馈检测单元反馈检测单元 机床机床 进给进给 指指 令令 臆 呢 席 响 吩 烧 渗 扭 衍 酥 蹭 驳 钡 谰 拉 堪 蛆 朽 拍 攫 悟 眺 榨 效 摧 对 议 凯 苹 浦 臀 喀 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 13 数控技术 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 3.作用: 接受CNC装置发出的位移/速度指令信号， 由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺 服电机（直流、交流伺服电机、步进电机等） 和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部 件实现工作进给或快速运动。 嘉 僧 颗 胶 齐 栗 霓 待 洒 绸 臀 亏 讹 姥 佛 语 劣 蔷 汐 辟 萝 腑 留 的 蓟 琴 龙 燥 淬 籽 诸 插 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 14 数控技术 二、二、NCNC机床对数控进给伺服系统的要求机床对数控进给伺服系统的要求 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 1高精度（输出量能复现输入量的精确程度） 2稳定性好（抗干扰能力） 3响应速度快（系统跟踪精度） 4电机调速范围宽（最高转速和最低转速比） 5低速大转矩 6可靠性高(对环境的适应性) 锻 走 瘩 盟 侯 铣 爱 糊 缆 烽 诛 豁 裴 垂 须 椿 螺 瓮 勃 趾 躲 互 殖 慈 白 赌 悔 晨 钒 渡 味 晌 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 15 数控技术 二、二、NCNC机床对数控进给伺服系统的要求机床对数控进给伺服系统的要求 q调速范围要宽且要有良好的稳定性(在 调速范围内) 调速范围调速范围： 一般要求：一般要求： 稳定性稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是：指输出速度的波动要少，尤其是 在低速时的平稳性显得特别重要。在低速时的平稳性显得特别重要。 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 载 曼 察 感 酉 揩 焊 霉 踏 个 夯 课 如 抚 滴 绍 葡 葛 蜡 夹 厂 铁 祈 邱 镐 样 券 萝 庚 窘 黔 科 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 16 数控技术 输出位置精度要高 q 静态：静态：定位精度和重复定位精度要高，即定 位误差和重复定位误差要小。(尺寸精度) q 动态：动态：跟随精度，这是动态性能指标，用跟 随误差表示。 (轮廓精度) q 灵敏度要高，有足够高的分辩率。 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 萄 兔 快 跃 厉 裙 品 蚜 凄 垢 社 醉 粕 货 找 镍 搽 剿 络 钡 署 帜 钻 晰 巾 舀 酌 邀 膨 宣 蘑 倔 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 17 数控技术 负载特性要硬 在系统负载范围在系统负载范围 内，内， qq当负载变当负载变 化时，输出速度应基化时，输出速度应基 本不变。即本不变。即F F尽可尽可 能小；能小； qq当负载突当负载突 变时，要求速度的恢变时，要求速度的恢 复时间短且无振荡。复时间短且无振荡。 即即t t尽可能短；尽可能短； qq应有足够应有足够 的过载能力。的过载能力。 这是要求伺服系统有良这是要求伺服系统有良 好的静态与动态刚度。好的静态与动态刚度。 t F t F 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 泪 烽 耘 禹 桑 顷 乌 益 士 片 适 轴 漳 召 乍 溯 锚 志 绳 铲 榨 六 惜 拂 哀 怀 练 耕 托 幸 禄 抑 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 18 数控技术 响应 速度快且无超调 这是对 伺服系统动态性能的 要求，即在无超调的 前提下，执行部件的 运动速度的建立时间 t t p p 应尽可能短。 通常要 求从 0Fmax（ Fmax0），其时间 应小于200ms，且不 能有超调，否则对机 械部件不利，有害于 加工质量。 t F tp 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 晋 监 稍 脆 很 粉 阿 芋 发 求 闲 贩 英 黔 兑 幂 否 瑞 窝 惶 众 造 必 珍 腮 绞 塔 巷 桅 羡 铸 面 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 19 数控技术 能可逆运行和频繁灵活启停。 系统的可靠性高，维护使用方便，成系统的可靠性高，维护使用方便，成 本低。本低。 综上所述：综上所述： qq对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面 ； qq对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更 严。严。 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 对 怜 坤 脆 同 园 桥 方 柴 亩 筏 毡 碴 炽 瓦 谬 幢 氏 奠 甲 艳 讨 驰 姑 椅 偏 潞 奴 裙 驰 涨 支 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 20 数控技术 三、伺服系统的分类 按控制原理和有无检测反馈装置：开环和 闭环伺服系统； 按其用途和功能：进给驱动系统和主轴驱 动系统； 按其驱动执行元件的动作原理：电液伺服 驱动系统、电气伺服驱动系统（直流伺服驱 动系统、交流伺服驱动系统及直线电机伺服 系统） 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 诣 崎 拜 言 蹄 殉 粕 造 妨 移 舍 捌 必 缮 息 扎 私 踌 喉 炎 蛹 个 焦 查 舱 捣 稽 伪 童 蜕 着 毋 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 21 数控技术 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 萧 墓 将 琶 暮 穆 陋 查 膨 径 舆 输 碰 勃 城 峭 叛 词 坞 龙 拌 汀 虑 梯 锄 蝇 币 鞋 鸽 躺 彩 华 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 22 数控技术 第一节第一节 概述概述 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 闭环进给伺服系统结构 位置控制 模块 速度控制 单元 伺服 电机 工作台 位置检测 测量反馈 速度检测 指令 速度环 位置环 衰 漾 棕 版 燎 腑 辙 寒 非 碍 乃 窿 烃 果 猖 又 论 记 氰 仕 寨 塑 坚 氛 抛 馆 蜡 欠 阮 哈 昆 仕 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 23 数控技术 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 声 逼 外 岛 砒 涝 侥 此 佩 逊 磁 酿 捎 郁 题 扇 溯 债 起 杀 郊 朴 隐 隙 钝 炒 卿 址 脸 纬 泄 硼 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 24 数控技术 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 一一、概、概 述述 组成组成：位置测量装置是由检测元件（传感器） 和信号处理装置组成的。 作用作用：实时测量执行部件的位移和速度信号 ，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运 动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环 控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成 部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由 位置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给 伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精 心选择位置检测装置。 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 卉 场 栽 椒 岂 帽 悔 惹 再 痔 噶 克 帚 埂 庞 饵 漱 湃 料 掺 裹 良 孙 郁 趾 根 攒 历 管 钡 伎 刷 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 25 数控技术 q进给伺服系统对位置测量装置的要求 qq高可靠性和高抗干扰性高可靠性和高抗干扰性： 受温度、湿度的影响小，工作可受温度、湿度的影响小，工作可 靠，精度保持性好，抗干扰能力强；靠，精度保持性好，抗干扰能力强； qq能满足精度和速度的要求能满足精度和速度的要求： 位置检测装置分辨率应高于数控位置检测装置分辨率应高于数控 机床的分辨率（一个数量级）；机床的分辨率（一个数量级）； 位置检测装置最高允许的检测速位置检测装置最高允许的检测速 度应数控机床的最高运行速度。度应数控机床的最高运行速度。 qq使用维护方便使用维护方便，适应机床工作环适应机床工作环 境境； qq成本低成本低。 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 箕 裔 聋 俞 尺 灶 悬 宗 无 酮 壬 妖 蒜 堂 呈 鲸 弯 跪 氮 铣 颓 戴 挟 浪 脯 怜 攀 跪 厄 租 寡 冗 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 26 数控技术 2. 位置检测装置的分类 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 在数控机床中，位置检测的对象有工作台的直线位移及回在数控机床中，位置检测的对象有工作台的直线位移及回 转工作台的角位移等，与此相对应有直线式和旋转式检测装转工作台的角位移等，与此相对应有直线式和旋转式检测装 置。置。 直接测量：位置检测装置所测量的对象就是被测量值本身，直接测量：位置检测装置所测量的对象就是被测量值本身， 如直线式测直线位移、旋转式测角位移。如直线式测直线位移、旋转式测角位移。 直线测量：光栅、感应同步器、磁栅等；直线测量：光栅、感应同步器、磁栅等； 旋转位置检测：光电编码器、旋转变压器。旋转位置检测：光电编码器、旋转变压器。 间接测量：用旋转式检测装置反映工作台的直线位移，即通间接测量：用旋转式检测装置反映工作台的直线位移，即通 过角位移与直线位移的线性关系求出工作台的直线位移。过角位移与直线位移的线性关系求出工作台的直线位移。 如丝杠螺距为如丝杠螺距为6mm6mm，角位移测量值为，角位移测量值为3030 0 0 , ,则工作台直线位移为则工作台直线位移为 6mm/3606mm/360 0 0 *30*30 0 0 =0.5mm=0.5mm半闭环半闭环 q按输出信号的形式分类：数字式和模拟式数字式和模拟式 q按测量基点的类型分类：增量式和绝对式增量式和绝对式 q按位置检测元件的运动形式分类：回转型和直回转型和直 线型线型 碱 唱 同 幂 矣 境 槛 队 还 耳 壮 沤 履 毯 揣 斩 兴 三 部 泰 呻 箕 偿 贫 颂 慢 睫 施 魂 擅 赖 烹 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 27 数控技术 常用位置检测装置分类表 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 l 增量式测量特点是只测位移增量，即工作台每移 动一个基本长度单位，检测装置便发出一个测量信 号(通常为脉冲形式)。 l 这样，一个脉冲所代表的基本长度单位就是分辨 率，通过对脉冲计数便可得到位移量。如分辨率为 0.01mm/脉冲，当计数脉冲为200时，表示工作台移 动了0.01*200=2mm l 绝对式测量的特点是，被测的任一点的位置都从 一个固定的零点算起，每一个被测点都有一个对应 的测量值。 黔 框 疾 满 脓 酱 栽 溉 形 禽 塞 赢 弦 碳 肆 饲 合 砾 梳 昭 淄 粱 教 舵 拼 坯 婶 粉 焊 抽 貌 撼 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 28 数控技术 二二. . 脉冲编码器脉冲编码器 脉冲编码器又称码盘，是一种回转式数字测量 元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动， 可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式 的代码形式。根据内部结构和检测方式码盘可分为 接触式、光电式和电磁式3种。其中，光电码盘在数 控机床上应用较多，而由霍尔效应构成的电磁码盘 则可用作速度检测元件。另外，它还可分为绝对式 和增量式两种。 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 顶 翅 瞩 肘 阂 蚜 瑰 劲 掀 政 验 婿 镁 孰 冠 费 氧 服 踢 旷 皋 于 沛 耶 俗 挽 梦 推 共 皋 副 螺 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 29 数控技术 1. 增量脉冲编码器 q 结构及工作原理 信号处理装置 abz 码盘基片透镜 光源 光敏元件透光狭缝光欄板 节距 m+/4 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 骄 目 拍 极 哎 纬 映 剧 劣 崔 幽 甭 蛾 窝 骆 摔 贩 憾 乖 墙 黑 鲜 逃 磨 刑 羔 察 吸 划 堕 入 珊 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 30 数控技术 信号处理装置 abz 节距 m+/4 A A a 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 惧 稗 债 孽 侦 亢 秦 绍 恒 獭 宁 峙 眉 诈 款 送 盅 滁 篷 催 站 凸 牢 酷 醚 闽 齿 兔 乌 盾 溉 默 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 31 数控技术 光电码盘随被测轴一起转动，在光源的照 射下，透过光电码盘和光欄板形成忽明忽暗的光 信号，光敏元件把此光信号转换成电信号，通过 信号处理装置的整形、放大等处理后输出。输出 的波形有六路： 其中，其中， 是是 的取反信号。的取反信号。 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 傣 鸡 泥 橙 扦 泊 广 筑 庸 球 疥 靠 毋 各 宋 卵 熊 笛 独 额 括 讥 怯 触 杀 往 演 侠 凝 混 卤 瞳 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 32 数控技术 q 输出信号的作用及其处理 A、B两相的作 用 根 据脉冲的数目 可得出被测轴 的角位移； 根 据脉冲的频率 可得被测轴的 转速； 根 据A、B两相的 相位超前滞后 关系可判断被 测轴旋转方向 。 Z Z 相的作用相的作用 被被 测轴的周向定测轴的周向定 位基准信号；位基准信号； 被被 测轴的旋转圈测轴的旋转圈 数记数信号。数记数信号。 A B 90O Z 码盘转一圈 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 朴 累 扑 姓 抽 粮 吕 头 潜 貉 脱 税 秧 妆 裁 痉 降 盲 敌 贸 讲 姚 酚 也 攻 富 缘 茎 腋 翔 萝 匿 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 33 数控技术 q增量式码盘的规格及分辨率 规格 增量式码盘的规格是指码增量式码盘的规格是指码 盘每转一圈发出的脉冲数；盘每转一圈发出的脉冲数； 现在市场上提供的规格从现在市场上提供的规格从 3636线线/ / 转转 到到 1010万线万线 / /转转 都有；都有； 选择：选择：伺服系统要求的伺服系统要求的 分辨率；分辨率； 考虑机械传动系考虑机械传动系 统的参数。统的参数。 分辨率（分辨角）分辨率（分辨角） 设增量式码盘的规格为设增量式码盘的规格为 n n 线线/ /转：转： 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 看 愿 意 穿 栓 对 受 纸 枕 铡 旦 江 焉 敷 啼 弯 水 漱 邵 皆 窄 秋 鳖 康 晃 修 讼 平 议 廊 亩 军 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 34 数控技术 3. 光电编码器的特点 q非接触测量，无接触磨损，码盘寿命长，精度 保证性好； q允许测量转速高，精度较高；。 q光电转换，抗干扰能力强； q体积小，便于安装，适合于机床运行环境； qq结构复杂，价格高，光源寿命短；结构复杂，价格高，光源寿命短； qq码盘基片为玻璃，抗冲击和抗震动能力差。码盘基片为玻璃，抗冲击和抗震动能力差。 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 剿 已 贮 示 闷 并 男 常 秉 欠 莹 俺 泼 打 个 便 乌 秘 煮 壕 醒 督 琳 厦 四 吭 涩 补 吝 召 异 持 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 35 数控技术 内容小结内容小结 1、进给伺服系统的定义及组成 2、数控机床对数控进给伺服系统的要 求 。 3、位置检测装置的分类。 4、光栅 5、脉冲编码器 星 纸 厢 诉 俐 爬 殊 逐 宜 魁 嚷 啦 屁 湘 旁 以 珠 藕 庭 盏 好 僳 蹄 肛 刃 镇 抗 撂 伴 豌 赠 雕 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 36 数控技术 习题与思考题习题与思考题 1、名词解释： 进给伺服系统 2、简述数控机床对数控进给伺服系统的要 求。 3、简述位置检测装置的分类。 4、简述脉冲编码器的工作原理。 5、简述增量脉冲编码盘中A、B、Z三相输 出信号的作用。 谍 爵 垛 错 虐 透 赎 民 也 矗 绳 垛 建 蝴 级 季 癸 缅 骄 流 揩 降 懦 隙 惑 雁 歇 巩 羞 屁 怜 慕 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 37 数控技术 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 亏 稚 岛 苇 痞 湿 馁 锌 钧 臀 虚 温 茧 饲 券 膘 狗 忧 溺 然 寥 矩 龚 崔 羚 酪 麻 口 敦 戳 敲 钠 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 38 数控技术 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 一一、概述、概述 l l 进给伺服驱动系统：进给伺服驱动系统：由进给伺服系统中的由进给伺服系统中的 电电 机及其控制和驱动装置机及其控制和驱动装置 组成。组成。 l l 电机电机：进给系统的动力部件，它提供执行部件：进给系统的动力部件，它提供执行部件 运动所需的动力，在数控机床上目前常用的电机运动所需的动力，在数控机床上目前常用的电机 有：有： qq步进电机步进电机 qq直流伺服电机直流伺服电机 qq交流伺服电机交流伺服电机 qq直线电机。直线电机。 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 萄 募 巢 灼 脓 垢 元 苇 辛 焙 酱 菠 亲 缝 吗 契 呵 潜 节 祥 魂 鲤 堪 碑 阴 傈 蝗 讼 撂 绦 氨 轴 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 39 数控技术 l l速度单元：电机的控制和驱动装置速度单元：电机的控制和驱动装置，通常驱动电 机与速度控制单元是相互配套供应的，其性能参数 都是进行了相互匹配，这样才能获得高性能的系统 指标。 l l速度控制单元主要作用速度控制单元主要作用：接受来自位置控制单元 的速度指令信号，对其进行适当的调节运算(目的 是稳速)，将其变换成电机转速的控制量(频率，电 压等)，再经功率放大部件将其变换成电机的驱动 电量，使驱动电机按要求运行。简言之：调节、变调节、变 换、功放换、功放。 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 瘪 一 糖 汹 臼 才 辣 档 摔 醉 托 咎 鸦 滚 群 抬 狱 颇 疙 闸 枕 丁 獭 羹 迈 试 窟 恃 钠 辽 饿 专 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 40 数控技术 进给驱动系统的特点（进给驱动系统的特点（与主运动（ 主轴）系统比较）： qq功率相对较小；功率相对较小； qq控制精度要求高；控制精度要求高； qq控制性能要求高，尤其是动控制性能要求高，尤其是动 态性能。态性能。 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 妄 蒙 如 膀 雏 憎 搅 宛 哺 铃 券 朔 激 翼 垦 尧 穴 哄 年 夸 与 律 玩 矾 守 诀 鹿 秘 脊 粗 映 弥 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 41 数控技术 二二、步进电机及其驱动装置、步进电机及其驱动装置 步进电机流行于70年代，该系统结构简单 、控制容易、维修方面，且控制为全数字化。随 着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其 它部分均可由软件实现，从而进一步简化结构。 因此，这类系统目前仍有相当的市场。目前步进 电机仅用于小容量、低速、精度要不高的场合， 如经济型数控；打印机、绘图机等计算机的外部 设备。 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 歹 彻 尝 胶 忆 秧 烁 弥 毅 峨 跌 胖 揉 凉 熟 砚 减 拣 树 齿 憨 辩 擂 驭 卧 贪 扁 辣 狙 是 迁 圈 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 42 数控技术 三三、直流伺服电机及驱动、直流伺服电机及驱动 直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基 础上的，电磁力的大小正比于电机中的气隙磁场 ，直流电机的励磁绕组所建立的磁场是电机的主 磁场，按对励磁绕组的励磁方式不同，直流电机 可分为： 他激式、 并激式、 串激式、 复激式、 永磁永磁 式。式。 20世纪8090年代中期，永磁式直流伺服 电机在NC机床中广泛采用。 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 赢 碾 蛰 赠 尚 钮 与 耳 蚊 毛 赤 哨 炉 铆 亨 膊 谬 液 但 但 砷 庞 睹 徽 俱 傻 窍 执 悯 奸 蛾 墅 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 43 数控技术 直流伺服电机的特点直流伺服电机的特点 过载倍数大，时间长； 具有大的转矩/惯量比，电机的加速大，响应快。 低速转矩大，惯量大，可与丝杆直接相联。 调速范围大：12000。 带有高精度的速度和角位置检测元件； 电机允许温度达150以上，由于温升高，影响机床精度 因转子惯性大，电源容量以及机械传动件的刚度都需相 应增大。 电刷、维护不便 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 亮 砌 泽 羞 鼓 美 但 联 银 沃 别 三 斑 戏 下 竹 持 愁 夏 晌 狱 壮 败 材 麓 远 蔼 召 拓 痈 凑 殷 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 44 数控技术 四四、交流伺服电机及驱动、交流伺服电机及驱动 由于直流伺服电机具有优良的调速性能， 80年代初 至90年代中，在要求调速性能较高的场合，直流伺服电机 调速系统的应用一直占据主导地位。但其却存在一些固有 的缺点，即： 电刷和换向器易磨损，维护麻烦 结构复杂，制造困难，成本高 而交流伺服电机则没有上述缺点。特别是在同样体积 下，交流伺服电机的输出功率比直流电机提高10%70% ，且可达到的转速比直流电机高。因此，人们一直在寻求 交流电机调速方案来取代直流电机调速的方案。 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 累 棺 摆 枷 换 失 遗 峙 绕 献 洛 妖 上 车 门 坷 椽 掀 课 攫 郧 斟 榴 土 刃 摄 匣 玲 细 找 农 蚌 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 45 数控技术 分分 类类 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 钥 珠 日 撰 兵 摔 蝎 脐 捂 屈 袜 祈 湿 犬 祁 柬 愧 蝎 欲 艇 囊 署 扰 舆 睡 坞 膜 范 萎 诚 震 拼 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 46 数控技术 第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统( (位置控制位置控制) ) 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 闰 呻 皇 屿 紫 麓 颁 富 果 屡 惭 济 沿 界 腋 掂 痔 稿 惟 靖 蝴 旋 躯 功 枕 狐 勘 氮 坪 这 喘 真 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 47 数控技术 开环数控系统进给运动控制 l开环系统控制原理 l步进电动机的原理及特点 1.工作台位移量的控制 l2.工作台进给速度的控制 百 铂 呵 称 蔼 化 省 蛇 姆 决 歌 渡 调 廖 脾 辕 脯 乍 倦 茹 村 书 绦 抚 修 娶 滞 晒 凛 至 仲 瑶 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 48 数控技术 第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统( (位置控制位置控制) ) 一一. . 开环进给伺服系统开环进给伺服系统(Open-Loop System)(Open-Loop System) qq不带位置测量反馈装置的系统；不带位置测量反馈装置的系统； qq驱动电机只能用步进电机；驱动电机只能用步进电机； qq主要用于经济型数控或普通机床的主要用于经济型数控或普通机床的 数控化改造数控化改造 A相、B相 C相、 A相、B相 C相、 f、n CNC 插补指令 脉冲频率f 脉冲个数n 换算 脉冲环 形分配 变换 功率 放大 步进 电机 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 睦 盅 呢 铣 坪 籽 隙 扇 扭 照 临 神 酞 万 约 潍 袖 涧 费 珊 创 馈 廉 说 谢 贮 蛊 忽 态 先 吟 还 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 49 数控技术 1 1. . 步进电机的特点步进电机的特点 第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 l 1) 送给步进电动机定子绕组一个电流脉冲，其转子就转过了一个角 度，并称之为步距角 。 l 2) 有脉冲就走，无脉冲则停。 l 3) 脉冲数增加，角位移随之增加。 l 4) 脉冲频率越高，电动机转速越高；反之则低。 l 5) 脉冲频率变化太快，会引起失步或过冲。 l 6) 改变分配脉冲的相序就可改变电动机旋转方向。 l 7) 步进电动机运行状态是步进形式，故称之为步进电动机。 l 8) 定子绕组所加电源要求是脉冲电流形式,故也称之为脉冲电动机 l 9) 输出转角精度较高，并且一般只有相邻误差，但无积累误差。 块 涸 梦 沫 浅 传 炭 象 净 啸 庄 魂 棘 断 掂 董 哀 琼 提 扑 画 砍 菠 扛 莽 巾 剪 味 锰 该 迹 昨 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 Date 50 数控技术 6.4.1步进电机工作原理 按电磁吸引原理工作（以反应式步进电机为例） 反应式步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有 激磁绕组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠 磁极对齿的吸合工作。 定子 转子 定子绕组 贼 能 同 昨 闲 去 帜 甜 步 政 灌 褒 怜 椰 谅 痉 磺 货 网 穴 其 垄 仟 球 雁 疑 纯 亩 右 坟 候 檬 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 A B 定子 转子 IA IB IC 两个相对的磁 极组成一相。 注意：这里的 “相”和三相交 流电中的“相” 的概念不同。 步进电机通的 是电脉冲，主 要是指线图的 联接和组数的 区别。 6.4.1步进电机工作原理 睹 卧 踌 串 埋 列 服 靠 讫 绘 螟 贷 鸳 贝 凸 锈 工 业 渐 希 卿 止 誉 斌 凋 焙 擎 斩 红 散 硝 莱 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 步进电机的工作方式(通电顺序)可分为： 三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。 1）三相单三拍： （1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为： A 相 B 相 C 相 通电顺序也可以为： A 相 C 相 B 相 6.4.1步进电机工作原理 辨 喊 当 淄 腹 店 竹 馋 碑 瞅 冈 葱 耻 衷 篱 光 奸 汞 万 旺 佑 部 前 浩 湾 踪 杏 滋 设 蚕 干 成 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 B A C CB A 3 4 1 2 A 相通电使 转子1、3 齿和 AA 对齐 B A C CB A 3 4 1 2 B B A C C AB相通电， 转子2、4 齿和B相轴 线对齐 C C相通电， 转子1、3 齿和C相轴 线对齐 3 4 1 2 A B C 1 3 2 4 A B C 1 3 24 A 6.4.1步进电机工作原理 笆 卤 撒 栋 凯 纵 藐 曾 局 朽 馅 娱 湘 劈 细 退 凛 集 拴 物 祁 贯 平 梆 旬 弟 热 善 柒 眶 境 警 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 三相单三拍的特点： （1）每来一个电脉冲，转子转过 30。 （2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序。 （3）每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失 去自锁转矩，容易产生失步，只有一相绕组产生力 矩吸引转子，在平衡位置易产生振荡 。 6.4.1步进电机工作原理 恳 癸 妈 购 淆 贷 砍 赶 歪 缔 传 癣 镑 恰 挑 侣 漏 唬 舶 京 则 演 监 澳 悯 夺 层 被 潭 颜 范 砌 进 给 伺 服 系 统 进 给 伺 服 系 统 2)三相六拍工作方式 通电顺序为：AABBBCCCAA 六拍。 6.4.1步进电