《18-2 第四節(jié) 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 第五節(jié) 檢測(cè)元件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《18-2 第四節(jié) 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 第五節(jié) 檢測(cè)元件（8頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：1伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和特性是什么？第四節(jié)第四節(jié) 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一、交流主軸電動(dòng)機(jī)一、交流主軸電動(dòng)機(jī)籠型異步電動(dòng)機(jī)由有三相繞組的定子和有籠條的轉(zhuǎn)子構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子鐵心上開(kāi)有許多槽，每個(gè)槽內(nèi)裝有一根導(dǎo)體，所有導(dǎo)體兩端短接在端環(huán)上。二、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)頻調(diào)速二、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：n=60f1(1-s)/pf1 定子供電頻率p 電動(dòng)機(jī)定子繞組極對(duì)數(shù)；s 轉(zhuǎn)差率。由上式可見(jiàn)，要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：改變磁極對(duì)數(shù) p，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可作有級(jí)變速；改變轉(zhuǎn)差率 s；改變頻率 f1。在數(shù)控機(jī)床中，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速通常采用變頻調(diào)速的方式。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)每相的感

2、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E1=4.44f1W1mU1f1 電源頻率，單位為 Hz；W1 每相繞組有效匝數(shù)；m 每極磁通；U1 定子電壓，單位為 V。則m=KU1/f1在降低頻率的同時(shí)，降低電壓 U1，以保持m 不變。這種 U1 和 f1 的配合變化稱為恒磁通變頻調(diào)速中的協(xié)調(diào)控制（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制）。當(dāng) f1 頻率超過(guò)異步電動(dòng)機(jī)銘牌的額定頻率，由于電源電壓的限制，U1 已達(dá)到變頻器輸出電壓的最大值再不能隨 f1 而升高，異步電動(dòng)機(jī)的每極磁通m 與 f1 成反比例下降，其轉(zhuǎn)矩 T 也隨著 f1 反比例下降。但因轉(zhuǎn)速 n 提高，異步電動(dòng)機(jī)的輸出功率 P 則在此區(qū)域內(nèi)保持不變（P=T n），稱為恒功率調(diào)速。2異步電

3、動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：在同一負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，有著相同的轉(zhuǎn)速降落n，其轉(zhuǎn)速降落百分比（n/n0）隨著頻率下降將越來(lái)越大，調(diào)速性能下降。三、異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制三、異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制矢量變換控制的基本想法來(lái)自等效的概念，按照不同情況下的繞組產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)這一等效原則出發(fā)，通過(guò)坐標(biāo)變換，將三相交流輸出電流變?yōu)榈刃У摹⒈舜霜?dú)立的勵(lì)磁電流和電樞電流，通過(guò)對(duì)等效電樞繞組電流和勵(lì)磁繞組電流的反饋控制，達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁磁通的目的，最后，通過(guò)相反的變換，將等效的直流量再還原為三相交流量，控制實(shí)際的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。四、變頻器在機(jī)床上的應(yīng)用四、變頻器在機(jī)床上的應(yīng)用3五、主軸分段無(wú)級(jí)調(diào)速及控制五、主軸分段無(wú)級(jí)調(diào)速及控制

4、數(shù)控裝置可通過(guò)三種方式控制主軸驅(qū)動(dòng)。一種是通過(guò)主軸模擬電壓輸出接口，輸出 010V 模擬電壓至主軸驅(qū)動(dòng)裝置，電壓的正負(fù)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，電壓的大小控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。另一種是輸出單極性 010 V 模擬電壓至主軸驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)量信號(hào)指定正反轉(zhuǎn)。第三種是選擇數(shù)控裝置輸出 12 位二進(jìn)制代碼或 2 位 BCD 碼（4 位 BCD 碼）開(kāi)關(guān)量信號(hào)至主軸驅(qū)動(dòng)，控制主軸的轉(zhuǎn)速。數(shù)控機(jī)床常采用 14 檔齒輪變速與無(wú)級(jí)調(diào)速相結(jié)合的方式，即分段無(wú)級(jí)變速方式。數(shù)控系統(tǒng)可使用 M41M44 代碼進(jìn)行齒輪的自動(dòng)變檔。首先需要在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)設(shè)置 M41M44 4 檔對(duì)應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速，這樣數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前

5、 S 指令值判斷檔位，并自動(dòng)輸出相應(yīng)的 M41M44 指令至 PLC，控制更換相應(yīng)的齒輪檔，然后數(shù)控裝置輸出相應(yīng)的模擬電壓。六、主軸準(zhǔn)?？刂屏⒅鬏S準(zhǔn)?？刂浦鬏S準(zhǔn)停功能又稱為主軸定位功能，即當(dāng)主軸停止時(shí)能控制其停于固定位置。4主軸準(zhǔn)?？煞譃闄C(jī)械準(zhǔn)停和電氣準(zhǔn)停。傳統(tǒng)的做法是采用機(jī)械檔塊等來(lái)定位。在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上，一般都采用電氣方式使主軸定位，只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出 M19 指令，主軸就能準(zhǔn)確定位。電氣方式的主軸定向控制，是利用裝在主軸上的位置編碼器和磁性傳感器作為位置反饋部件，由它們輸出的信號(hào)，使主軸準(zhǔn)確停在規(guī)定的位置上。七、主軸進(jìn)給功能七、主軸進(jìn)給功能主軸進(jìn)給功能即主軸的 C 軸功能。對(duì)于車(chē)削中心，

6、主軸除了完成傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)功能外，主軸的進(jìn)給功能可以實(shí)現(xiàn)主軸的定向、分度和圓周進(jìn)給，并在數(shù)控裝置的控制下實(shí)現(xiàn) C 軸與其他進(jìn)給軸的插補(bǔ)。對(duì)于車(chē)、銑復(fù)合機(jī)床，則必須要求車(chē)主軸在銑狀態(tài)下完成銑床 C 軸所有的進(jìn)給插補(bǔ)功能。（1）機(jī)械式（2）雙電動(dòng)機(jī)切換（3）有 C 軸功能的主軸電動(dòng)機(jī)第五節(jié)第五節(jié) 檢測(cè)元件檢測(cè)元件一、概述一、概述1位置檢測(cè)裝置的要求1）受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長(zhǎng)期保持精度，抗干擾能力強(qiáng)。2）在機(jī)床執(zhí)行部件移動(dòng)范圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求。3）使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境。4）成本低。2位置檢測(cè)裝置的分類(lèi)（1）數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量1）數(shù)字式測(cè)量將被測(cè)的量以數(shù)字的形式來(lái)表示

7、。測(cè)量信號(hào)一般為電脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。如光柵、光電編碼器等。2）模擬式測(cè)量將被測(cè)的量用連續(xù)變量來(lái)表示，如電壓變化、相位變化等，數(shù)控機(jī)床所用模擬式測(cè)量主要用于小量程的測(cè)量如旋轉(zhuǎn)變壓器等。（2）增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量1）增量式測(cè)量特點(diǎn)是只測(cè)位移量，如測(cè)量單位為 0.01mm，則每移動(dòng) 0.01mm 就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)。任何一個(gè)點(diǎn)都可作為測(cè)量的起點(diǎn)。典型的測(cè)量元件有光柵、增量編碼器等。2）絕對(duì)式測(cè)量對(duì)于被測(cè)量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一個(gè)被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量5值，常以數(shù)據(jù)形式表示。典型的測(cè)量元件有絕對(duì)式光電編碼器等。（3）直接測(cè)量和間接測(cè)量1）直接測(cè)量將檢測(cè)裝

8、置直接安裝在執(zhí)行部件上，如光柵用來(lái)直接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移。2）間接測(cè)量將檢測(cè)裝置安裝在滾珠絲杠或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸上，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的角位移來(lái)間接測(cè)量執(zhí)行部件的直線位移。典型的測(cè)量元件有旋轉(zhuǎn)變壓器等。二、光柵二、光柵光柵利用光的透射、衍射原理，通過(guò)光敏元件測(cè)量莫爾條紋移動(dòng)的數(shù)量來(lái)檢測(cè)機(jī)床工作臺(tái)的位移量。1直線透射光柵的組成1一光柵尺一光柵尺(標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵)2一指示光柵一指示光柵 3一光電接收元件一光電接收元件4一光源一光源2莫爾條紋的原理光柵讀數(shù)時(shí)利用莫爾條紋的形成原理進(jìn)行的。將指示光柵和標(biāo)尺光柵疊合在一起，中間保持 0.050.1mm 的間隙，并使指示光柵和標(biāo)尺光柵的線紋相互交叉保持一個(gè)很小

9、的夾角。兩條暗帶或兩條亮帶之間的距離叫莫爾條紋的間距 B，設(shè)光柵的柵距為 W，兩光柵線紋的夾角為，則它們的近似關(guān)系為WB6如果兩塊光柵相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距，則光柵某一固定點(diǎn)的光強(qiáng)按明一暗一明規(guī)律變化一個(gè)周期，即莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)莫爾條紋的間距。因此，光電元件只要讀出移動(dòng)的莫爾條紋數(shù)目，就可以知道光柵移動(dòng)了多少柵距，也就知道了運(yùn)動(dòng)部件的準(zhǔn)確位移量。3透射光柵的工作原理標(biāo)尺光柵與工作臺(tái)裝在一起，光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和信號(hào)處理電路做成一個(gè)單獨(dú)的部件（光柵讀數(shù)頭）固定在機(jī)床上，其作用是將莫爾條紋的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需的電脈沖信號(hào)。三、光電編碼器三、光電編碼器光電編碼器一種旋轉(zhuǎn)式測(cè)量裝置，通常安裝在被測(cè)

10、軸上，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。1增量式光電編碼器1一光源一光源 2一聚光鏡一聚光鏡 3一光欄板一光欄板 4一光電碼盤(pán)一光電碼盤(pán) 5一光電元件一光電元件測(cè)量精度取決于它所能分辨的最小角度，而這與碼盤(pán)圓周的條紋數(shù)有關(guān)，即分辨角=360/條紋數(shù)實(shí)際應(yīng)用的增量式光電編碼器的光欄板上有 A 組和 B 組條紋，每組條紋的間隙與光電碼盤(pán)相同，而 A 組與 B 組的條紋彼此錯(cuò)開(kāi) 1/4 節(jié)距，兩組條紋相對(duì)應(yīng)的光電元件所產(chǎn)生的信號(hào)彼此相差 90相位，用于辨向。當(dāng)光電碼盤(pán)正轉(zhuǎn)時(shí)，A 信號(hào)超前 B 信號(hào) 90，當(dāng)光電碼盤(pán)反轉(zhuǎn)時(shí)，B 信號(hào)超前 A 信號(hào) 90。7在光電碼盤(pán)的里圈里還有一條

11、透光條紋 C，用以每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，該脈沖信號(hào)又稱一轉(zhuǎn)信號(hào)或零標(biāo)志脈沖。零標(biāo)志脈沖用于精確確定機(jī)床的參考點(diǎn)，而在主軸電動(dòng)機(jī)上，則可用于主軸準(zhǔn)停以及螺紋加工。2絕對(duì)式光電編碼器與增量式光電編碼器不同，絕對(duì)式光電編碼器是通過(guò)讀取編碼盤(pán)上的圖案確定軸的位置。四、旋轉(zhuǎn)變壓器四、旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是利用電磁感應(yīng)原理的一種角度測(cè)量元件，由定子和轉(zhuǎn)子組成，勵(lì)磁電壓接到定子繞組上，轉(zhuǎn)子繞組輸出感應(yīng)電壓。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理和普通變壓器基本相似，區(qū)別在于旋轉(zhuǎn)變壓器的一次、二次繞組則隨轉(zhuǎn)子的角位移發(fā)生相對(duì)位置的改變，因而其輸出電壓的大小也隨之而變化。8e=k U1sin=k Umsint sink 旋轉(zhuǎn)變壓器的電壓比；兩繞組軸線間夾角；Um 勵(lì)磁電壓的幅值；勵(lì)磁電壓的角頻率。實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往較多地使用正弦余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子各有互相垂直的兩個(gè)繞組。轉(zhuǎn)子繞組中的一個(gè)繞組輸出電壓（另一個(gè)未畫(huà)出的繞組短接）為e3=e1+e2=kUmcos（t-）感應(yīng)電壓的相位嚴(yán)格地隨轉(zhuǎn)子的偏角而變化，用測(cè)量相位作為間接測(cè)量轉(zhuǎn)角。本章小結(jié)：本章小結(jié)：本章主要介紹 CNC 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本原理、伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作原理及特性、交流變頻調(diào)速控制的工作原理、檢測(cè)元件的原理與應(yīng)用。練習(xí)與作業(yè)：練習(xí)與作業(yè)：P1767