数控技术 教学课件 作者 明兴祖 陈书涵 主编第5章 数控机床的传动控制与机械结构.ppt

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1、第五章数控机床的传动控制与机械结构1第五章数控机床的传动控制与机械结构5.1数控机床的位置检测装置5.2数控机床的进给伺服系统5.3数控机床主轴驱动及其机械结构5.4数控机床的自动换刀装置5.5数控机床的总体结构25.1数控机床的位置检测装置一、概述位置检测装置是数控机床实现传动控制的重要组成部分，在闭环伺服系统和半闭环伺服系统均装有位置检测装置。测量元件的精度和最高移动速度，一般要求测量元件的分辨率（测量元件能测量的最小位移量）在0.0001～0.01mm之内，测量精度为0.001～0.02mm，运动速度

2、为0～24m/min。数控机床对位置检测装置的要求如下：（1）工作可靠，抗干扰性强（2）满足精度和速度的要求（3）便于安装和维护（4）成本低、寿命长35.1数控机床的位置检测装置位置检测装置的分类，如表5.1所示。二、旋转变压器1．旋转变压器的结构和工作原理旋转变压器是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，由定子和转子组成。定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。45.1数控机床的位置检测装置旋转变压器的工作原理和普通变压器

3、基本相似，区别在于旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化。旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则各有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。常采用四极绕组式旋转变压器。这种结构形式的旋转变压器可分为鉴相式和鉴幅式两种工作方式。1）鉴相工作方式如图5.1所示为四极旋转变压器，给定子的两个绕组分别通以同幅、同频但相位相差π/2的交

4、流励磁电压，即55.1数控机床的位置检测装置在转子绕组的其中一个绕组，接一高阻抗，它不作为旋转变压器的测量输出，主要起平衡磁场的作用，目的是为了提高测量精度。在转子的另一绕组中都产生了感应电压，并叠加在一起，即65.1数控机床的位置检测装置旋转变压器转子绕组中的感应电势u2与定子绕组中的励磁电压同频率，但相位不同，其差值为θ。而θ角正是被测位移，故通过比较感应电势u2与定子励磁电压输出电压u1c的相位，便可求出θ。2）鉴幅工作方式给定子的两个绕组分别通以同频率、同相位但幅值不同的交变励磁电压，即则可求出在转

5、子上的叠加感应电压为75.1数控机床的位置检测装置由式（4-5）和（4-6）可得，转子感应电压的幅值随转子的偏转角θ而变化，测量出幅值即可求得转角θ。在实际应用中，应根据转子误差电压的大小，不断修改励磁信号中的α角（即励磁幅值），使其跟踪θ的变化。2．旋转变压器的应用通过检测旋转变压器的转子绕组感应电压u2的幅值或相位的变化，即可知转角的变化。如果将旋转变压器安装在数控机床的滚珠丝杠上，当丝杠转一周时，表示丝杠上的螺母走了丝杠的一个螺距值，这样就间接地测出了数控机床移动部件的直线位移量。由于旋转变压器具有结

6、构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要求低、输出信号幅度大、抗干扰能力强和测量精度一般等特点，所以在连续控制系统中得到普遍应用，一般用于精度要求不高的数控机床上。85.1数控机床的位置检测装置三、感应同步器是一种非接触电磁式测量装置，它可以测量角位移或直线位移。特点：感应同步器有许多极，其输出电压是许多极感应电压的平均值，因此检测装置本身微小的制造误差由于取平均值而得到补偿，其测量精度较高；测量距离长，感应同步器可以采用拼接的方法，增大测量尺寸；对环境的适应性较强，因其利用电磁感应原理产生信号，所以抗油、

7、水和灰尘的能力较强；结构简单，使用寿命长且维护简单。1．感应同步器的结构和工作原理利用两个保持均匀气隙的平面形印制电路绕组的互感，随着它们的位置变化而变化的原理进行工作的。感应同步器测量装置分为直线式和旋转式两种。95.1数控机床的位置检测装置直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分组成，如图5.2所示。定尺上制有单向的均匀感应绕组，绕组节距（两个单元绕组之间的距离）为τ（通常为2mm）。滑尺上有两组励磁绕组，一组是正弦绕组，另一组是余弦绕组，两绕组节距与定尺绕组节距相同，并且相互错开1/4节距。一个节距相当于旋

8、转变压器的一转（即360º），这样两励磁绕组的相位差为90°。105.1数控机床的位置检测装置图5.3表示了定尺绕组感应电压与定尺、滑尺之间相对位置的关系。如果滑尺处于A点位置，即滑尺绕组与定尺绕组完全重合，定尺绕组中穿入的磁通最多，此时为最大耦合，则定尺绕组上感应电压为最大。随着滑尺相对定尺向右作平行移动，穿入定尺绕组中的磁通逐渐减少，感应电压慢慢减小；当滑尺相对定尺刚好右移1/4节距时（即表中B点），定尺绕组