【正文】 進式伺服系統(tǒng) School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 2秒 – 傳動間隙補償 在整個行程范圍內(nèi)測量傳動機構(gòu)傳動間隙，取其平均值存放在數(shù)控系統(tǒng)中的間隙補償單元，當進給系統(tǒng)反向運動時，數(shù)控系統(tǒng)自動將補償值加到進給指令中，從而達到補償目的。 方法：首先測量出進給絲框螺距誤差曲線 (規(guī)律 )，然后可采用下列兩種方法實現(xiàn)誤差補償：硬件補償、軟件補償。它的作用是檢測工作臺或絲杠的直線位移（角位移）和線速度（角速度）并形成反饋控制。 ? 使用維護方便 ， 適應機床工作環(huán)境； ? 成本低 。由于旋轉(zhuǎn)變壓器以上特點，可完全替代光 電編碼器，被廣泛應用在 伺服控制系統(tǒng) 、 機器人系統(tǒng) 、機械工具、 汽車、電力、 冶金、紡織、印刷、航空航天、船舶、 兵器、電子、冶金、礦山、油田、水利、 化工、輕工、建筑等領域的角度、 位置 檢測系統(tǒng) 中。 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 旋轉(zhuǎn)變壓器 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 2秒 一、旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器 (又稱同步分解器 )是利用電磁感應原理的一種模擬式測角器件 ,是一種旋轉(zhuǎn)式的小型交流電機 .在結(jié)構(gòu)上和二相繞線式異步電動機相似 ,由定子和轉(zhuǎn)子組成。旋轉(zhuǎn)變壓器的特點是堅固、耐熱、耐沖擊、抗干擾、成本低，是數(shù)控系統(tǒng)較為常用的位置傳感器。二相繞組軸線相互垂直，轉(zhuǎn)子繞組的端點通過電刷和滑環(huán)引出。 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 旋轉(zhuǎn)變壓器 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 2秒 1. 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 結(jié)構(gòu)：由定子和轉(zhuǎn)子組成的旋轉(zhuǎn)式小型交流電機，如圖所示。 分解器結(jié)構(gòu)與有刷旋轉(zhuǎn)變壓器基本相同。 有刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu) School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 2秒 1. 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 旋轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)互感原理工作的。當定子繞組上加一定頻率的交變激磁電壓時，通過互感在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電動勢，其輸出電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個繞組軸線在空間的相對位置 θ 角。當兩者呈一定角度時，其互感產(chǎn)生的感應電動勢隨著轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)的角度呈正（余）弦規(guī)律變化。 E 2 = 0 α =0176。 ） E 2=KVmSINω tcosα E 2= KVmsinω t（ α = 0176。 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 2秒 2. 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式 鑒相方式 鑒幅方式 定子和轉(zhuǎn)子空間結(jié)構(gòu) sinsmU V t?=c o smUc V t?=2 si n c osscU K U K U??=?s in s inc o s c o smmcK V tK V U t????=?2 c os( )mU K V t??=?1）鑒相方式 正弦繞組和余弦繞組分別加上幅值相同、頻率相同、相位相差 90o的正弦交流電壓： School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 2秒 2）鑒幅方式 正弦繞組和余弦繞組分別加上頻率相同、相位相等、幅值分別按正弦、余弦規(guī)律變化的交變電壓： si n si nsmU V t??=2 sin c os s m c mU KU KU??=? s in s in s inc o s c o s c o s mmK V tK V t? ? ?? ? ?=?2 c o s( ) sin mmU KV t? ? ?=?m? ： 機 械 相 位 角2 ~ 4 K H z激 磁 電 壓 頻 率 為Uc=Vmcosθsinωθ 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 旋轉(zhuǎn)變壓器 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 ? 旋轉(zhuǎn)變壓器的應用 1. 鑒相式 )2()( ??? ??= nUUtKVV mB ??? s i n)s i n ( ?=?==???=NiiN121 ????? ?2. 鑒幅式 需要將被測角位移限制在 177。 )s i n ( ?? ?= tKVV mB第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 旋轉(zhuǎn)變壓器 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 二 . 感應同步器 感應同步器是從旋轉(zhuǎn)變壓器發(fā)展而來的直線式感應器，相當于一個展開的多級旋轉(zhuǎn)變壓器。 感應同步器是一種電磁式高精度位移檢測裝置，按其結(jié)構(gòu)特點一般分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。前者用于直線位移測量，后者用于角位移測量。感應同步器具有檢測精度比較高、抗干擾性強、壽命長、維護方便、成本低、工藝性好等優(yōu)點，廣泛應用于數(shù)控機床及各類機床數(shù)顯改造。 直線式感應同步器由作相對平行移動的定尺和滑尺組成。它們相對于定尺繞組錯開1/4節(jié)距。根據(jù)激勵電壓的不同，可分為鑒相式和鑒幅式兩種。 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 感應同步器 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 2. 感應同步器工作原理 相當于旋轉(zhuǎn)變壓器的原理如圖 sinsmU V t?= c o smUc V t?=12 c o s s ins in c o s s in ( )mmmV V V K V tK V t K V t??? ? ? ?= ? = ?=?2 2xx??? ??==1）鑒相方式 正弦繞組和余弦繞組分別加上幅值相同、頻率相同、相位相差 90o的交流電壓： 分別在定尺繞組上產(chǎn)生感應電壓： 12c o s s ins in c o smmV KV tV KV t????==?sinsmU V t?= c o smUc V t?=若設滑尺繞組節(jié)距為 2τ ，它對應的感應電動勢以余弦函數(shù)規(guī)律變化了 2π ，當滑尺移動為 x時，則對應的感應電動勢以余弦規(guī)律變化相位角 θ ： School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 2）鑒幅方式 正弦繞組和余弦繞組分別加上頻率相同、相位相等、幅值分別按正弦、余弦規(guī)律變化的交變電壓： si n si nsmU V t??=si n( ) si n mmV K V t? ? ?=?m? ： 機 械 相 位 角 m? ? ??=設sin sin mV KV t??=則 ?當 很 小 時sin mV KV t??=則 （ ） 2 =2xx?????=Uc=Vmcosθsinωt 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 感應同步器 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 3. 感應同步器的特點 ? 安裝： 定尺與滑尺之間的間隙應控制在 177。 – 測量范圍大，廣泛用于數(shù)控機床、雷達天線定位跟蹤等 。 – 維護簡單、壽命長 。 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 感應同步器 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 三、光柵 在高精度數(shù)控機床和數(shù)顯系統(tǒng)中，常使用光柵作為位置檢測裝置。光柵位移傳感器經(jīng)常應用于機床與現(xiàn)代加工中心以及測量儀器等方面，可用作直線位移或者角位移的檢測。例如，在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償?shù)毒叩倪\動誤差的作用?，F(xiàn)在中國加工業(yè)、制造業(yè)越來越成熟，對加工的精度越來越高的時候，在各種機床上，例如： 銑床 、 磨床 、 車床 、線切割、電火花等機床上都可以安裝光柵尺，其工作環(huán)境要求相對來說不是很苛刻，對操作者的使用來說也十分簡單。標尺一般固定在機床活動部件上（如工作臺上），光柵讀數(shù)頭安裝在機床固定部件上。光柵讀數(shù)頭相對于標尺光柵運動時，指示光柵便在標尺光柵上相對移動。 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 光柵尺 三、光柵尺 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 結(jié)構(gòu)： 光源、指示光柵、標尺光柵、光電元件。 動畫演示 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 光柵尺 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 光柵尺 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 第三節(jié) 數(shù)控機床的檢測裝置 —— 光柵尺 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 光柵：刻有刻線的光學玻璃。 工作原理：莫爾條紋的工作原理。 因 θ很小 W=d/θ )2/s in (2 ?dw =School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 莫爾條紋性質(zhì)： 在平行光照射下 ,透過莫爾條紋的光強度分布近似于余弦函數(shù)； 放大作用： W=d/sinθ ，當 θ 很小時 , W=d/θ 例如 d = , θ = , 得 W =1mm, 放大 100； 平均效應： 莫爾條紋是由若干條線紋共同干涉形成的，對個別光柵線紋之間的誤差具有平均效應，能消除柵距不均勻所造成的影響； 移動規(guī)律： 光柵相對移動一個 d，莫爾條紋移動一個 W，當光柵移動方向變化時，莫爾條紋的移動方向也變化。 根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式碼盤可分為接觸式 、 光電式和電磁式 3種 。 另外 ， 它還可分為絕對式和增量式兩種 。 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 2. 絕對式編碼器 ? 分類： 機械式、光電式、磁電式。 20 21 22 23 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 ? 光電編碼器 1 ）構(gòu)成： 光源、指示光柵、圓光柵、光電元件。 目前常用的有直流伺服電動機和交流伺服電動機。 ? 常用的直流電動機有： ? 永磁式直流電機（有槽、無槽、杯型、印刷繞組） ? 勵磁式直流電機 ? 混合式直流電機 ? 無刷直流電機 ? 直流力矩電機 ? 直流進給伺服系統(tǒng)：永磁式直流電機類型中的 有槽電樞永磁直流電機（普通型） ； ? 直流主軸伺服系統(tǒng)：勵磁式直流電機類型中的 他激直流電機 。 一、直流伺服電機及其調(diào)速系統(tǒng) School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 1．直流伺服電機的結(jié)構(gòu) 極靴 機殼 瓦狀永磁材料（定子） 電樞（轉(zhuǎn)子） 換向極 主磁極 定子 轉(zhuǎn)子 線圈 圖 圖 第四節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng) —— 直流伺服電機 School of Mechanical and Power Engineering 2022年 2月 15日星期二 4時 15分 3秒 ? 小慣量直流伺服電機 ? 結(jié)構(gòu)特點： 1）轉(zhuǎn)子為光滑無槽的鐵芯，線圈由粘合劑粘結(jié)。 ? 性能特點： 1）轉(zhuǎn)動慣量小，約為普通直流電機的 1/10，快速響應性好。 3）由于轉(zhuǎn)子無槽，結(jié)構(gòu)均衡性好，低速平穩(wěn)性好。 ? 缺點：由于慣量小，必須配齒輪減速葙，才能拖動負載。 2）過載能力強：轉(zhuǎn)子熱容量大，過載能力強（過載轉(zhuǎn)矩可達5～ 10倍） 3）動態(tài)響應好：