数控机床驱动与控制系统

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1、第四章数控机床的驱动与控制系统第四章数控机床的驱动与控制系统学时章节教学内容重点、难点2§4-1位移、速度、位置传感器理解其应用情况1§4-2进给伺服驱动系统4§4-3.1典型进给伺服系统(位置控制)——步进式伺服系统掌握系统的组成及工作原理1§4-3.2闭环、半闭环进给伺服系统第一节位移、速度、位置传感器数控机床若按伺服系统有无检测装置进行分类，可分为开环系统和闭环(或半环)系统。也就是说检测装置是闭环(半闭环)系统的重要部件之一，它的作用是测量工作实际位移并反馈送至数控装置，使工作台按规定的路径精确移动。因此对

2、于闭环系统来说，检测装置决定了它的定位精度和加工精度。数控机床对检测装置的主要要求为：(1)工作可靠，抗干扰性强；(2)使用维护方便，适应机床的工作环境；(3)满足精度和速度的要求；(4)成本低。通常，数控装置要求位置检测的分辨率为0.001～0.0lmm；测量精度为±0.002～±0.02mm／m，能满足数控机床以1～l0m／min的最大速度移动．位置检测装置的分类列表于4－1中。本章仅就其中常用的检测装置(旋转变压器感应同步器光栅、磁栅、编码盘)的结构和原理予以讲述。位置检测装置分类²旋转变压器43第四章数控机

3、床的驱动与控制系统是一种常用的转角检测元件，由于它结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，因此被广泛应用在数控机床上。Ø工作原理当转子绕组的磁轴与定子绕组的磁轴自垂直位置转动一角度θ时，绕组中产生的感应电势应为E1＝nV1sinθ＝nVmsinωtsinθ式中n——变压比；V1——定子的输入电压；Vm——定子最大瞬时电压。当转子转到两磁轴平行时(即θ＝90o)，转子绕组中感应电势最大，即E1＝nVmsinωtØ旋转变压器的应用V3＝nVmsinωtsinθ1+nVmcosωtcosθ1＝nVmcos(ωt

4、–θ1)²感应同步器感应同步器是一种电磁式位置检测元件，按其结构特点一般可分为直线式和旋转式两种。直线式感应同步器由定尺和滑尺组成；旋转式感应同步器由转子和定子组成。前者用于直线位移的测量，后者用于角度位移的测量。它们的工作原理都与旋转变压器相似。感应同步器具有检测精度高、抗干扰性强、寿命长、维护方便、成本低、工艺性好等优点，广泛应用于高精度的数控机床。本节主要以直线式感应同步器为例，对其结构特点和工作原理进行讲述。43第四章数控机床的驱动与控制系统感应同步器的结构及分类q结构sincos节距2τ（2mm）节距（0

5、.5mm）绝缘粘胶铜箔铝箔耐切削液涂层基板(钢、铜)定尺滑尺标准型窄长型带型直线感应同步器绝对式增量式圆感应同步器绝对式增量式q分类2.感应同步器的工作原理.感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，借以进行位移量的检测。感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组，定尺上的绕组是感应绕组。²光栅在高精度的数控机床上，目前大量使用光栅作为检测元件。光栅与旋转变压器、感应同步器不同，它是一种将机械位移或模拟量转变为数字脉冲的测量装置。常见的光栅从形状上可分为圆

6、光栅和直线光栅两大类。圆光栅用于测量转角位移；直线光栅用于检测直线位移。光栅的检测精度较高，一般可达几微米。本节主要以直线光栅为例讲述其构成和工作原理。Ø光栅检测装置的构成光栅检测装置是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件。它主要由光源、长光栅、短光栅和光电元件等组成Ø工作原理常见光栅的工作原理都是基于物理上的莫尔条纹形成原理。莫尔条纹的形成原因对粗光栅来说，主要是挡光积分效应；对细光栅来说，则是光线通过线纹衍射后，发生干涉的结果43第四章数控机床的驱动与控制系统图4-6光栅的构成²脉冲编码器脉冲编码器又称码盘

7、，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。1.增量脉冲编码器Ø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τm+τ/42.绝对式编码器q结构和工作原理Ø码盘基片上有多圈码道，且每码道的刻线数相等；43第四章数控机床的驱动与控制系统

8、Ø对应每圈都有光电传感器；Ø输出信号的路数与码盘圈数成正比；Ø检测信号按某种规律编码输出，故可测得被测轴的周向绝对位置。23222120q绝对编码盘的编码方式及特点Ø二进制编码：ü特点：编码循序与位置循序相一致，但可能产生非单值性误差。ü误差分析：1.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