第4章进给伺服驱动系统 4.1概述 4.2位置检测装置 4.3进给电机及驱动 4.4进给伺服系统的控制原理和方法
1 第4章 进给伺服驱动系统 4.1 概述 4.2 位置检测装置 4.3 进给电机及驱动 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法
4.2位置检测装置 位置检测装置: 检测位移(线位移或角位移)和速度,反馈至数控 装置或伺服驱动器,构成伺服驱动系统闭环或半闭环控 制,使工作台按指令路径精确地移动。 (1)组成:检测元件(传感器)和信号处理装置。 (2)常用检测装置:旋转变压器、感应同步器、旋转 编码器、光栅、磁栅等 2
2 4.2 位置检测装置 位置检测装置: 检测位移(线位移或角位移)和速度,反馈至数控 装置或伺服驱动器,构成伺服驱动系统闭环或半闭环控 制,使工作台按指令路径精确地移动。 (1)组成:检测元件(传感器)和信号处理装置。 (2)常用检测装置:旋转变压器、感应同步器、旋转 编码器、光栅、磁栅等
4.2位置检测装置 (3)精度:系统精度、分辨率 >系统精度:一定范围内测量累积误差最大值。 直线位移测量精度:±0.002~士0.02m/m; 回转角位移测量精度:土5"360° >系统分辨率:能正确检测的最小位移量。 数控机床加 直线位移分辨率:1m,高精度0.1μm; 工精度主要 由检测系统 回转分辨率:可达2”。 精度决定。 大型机床:速度为主; 中小型机床、高精度机床:精度为主。 3
3 (3) 精度:系统精度、分辨率 系统精度:一定范围内测量累积误差最大值。 直线位移测量精度:±0.002~ ± 0.02 ㎜/m; 回转角位移测量精度:±5″/360° 系统分辨率:能正确检测的最小位移量。 直线位移分辨率:1μm,高精度0.1μm; 回转分辨率:可达2 ″ 。 大型机床:速度为主; 中小型机床、高精度机床:精度为主。 数控机床加 工精度主要 由检测系统 精度决定。 4.2 位置检测装置
4.2位置检测装置 (4)安装位置 >半闭环控制的数控机床 旋转变压器、编码器等,安装在电机或丝杠 上,测量电机或丝杠的角位移间接测量工作台的 直线位移。 >闭环控制系统的数控机床 感应同步器、光栅、磁栅等,安装在工作台 和导轨上,直接测量工作台的直线位移。 4
4 (4)安装位置 半闭环控制的数控机床 旋转变压器、编码器等,安装在电机或丝杠 上,测量电机或丝杠的角位移间接测量工作台的 直线位移。 闭环控制系统的数控机床 感应同步器、光栅、磁栅等,安装在工作台 和导轨上,直接测量工作台的直线位移。 4.2 位置检测装置
4.2位置检测装置 (5)数控机床对检测装置的要求 >受温度、湿度影响小,工作可靠,抗干扰能力强 >在机床移动范围内满足精度和速度要求 >使用维护方便,适合机床运行环境 >成本低 >易于实现高速的动态测量。 5
5 (5)数控机床对检测装置的要求 受温度、湿度影响小,工作可靠,抗干扰能力强 在机床移动范围内满足精度和速度要求 使用维护方便,适合机床运行环境 成本低 易于实现高速的动态测量。 4.2 位置检测装置
4.2位置检测装置 4.2.1位置检测装置分类 数字式 模拟式 增量式 绝对式 增量式 绝对式 回 增量式脉冲 绝对式脉冲 旋转变压器 多极旋转变压器 转 编码器 编码器 圆感应同步器 3速圆感应同步器 型 圆光栅 圆磁尺 直 计量光栅 多通道透射直线感应同步器3速直线感应同步器 线 激光干涉仪 光栅 光栅尺 绝对值式磁尺 型 6
6 4.2.1 位置检测装置分类 数字式 模拟式 增量式 绝对式 增量式 绝对式 回 转 型 增量式脉冲 编码器 圆光栅 绝对式脉冲 编码器 旋转变压器 圆感应同步器 圆磁尺 多极旋转变压器 3速圆感应同步器 直 线 型 计量光栅 激光干涉仪 多通道透射 光栅 直线感应同步器 光栅尺 3速直线感应同步器 绝对值式磁尺 4.2 位置检测装置
4.2位置检测装置 (1)增量式与绝对式 >增量式检测方式 功能:测量增量,移动1个测量单位发出1个测量信号。 如:测量单位为0.001mm,每移动0.001mm发出1个脉冲信 号,对脉冲计数得到位移量。 优点:装置较简单,任何一个对中点均可作测量起点: 缺点:一旦计数有误,此后测量结果全错;发生故障(如 断电、断刀等)时不能找到事故前的位置,须将工作台移 至起点重新计数。 增量式检测装置:有脉冲编码器,旋转变压器,感应同步器, 光栅,磁栅,激光干涉仪等
7 (1)增量式与绝对式 增量式检测方式 功能:测量增量,移动1个测量单位发出1个测量信号。 如:测量单位为0.001mm,每移动0.001mm发出1个脉冲信 号,对脉冲计数得到位移量。 优点:装置较简单,任何一个对中点均可作测量起点; 缺点:一旦计数有误,此后测量结果全错;发生故障(如 断电、断刀等)时不能找到事故前的位置,须将工作台移 至起点重新计数。 增量式检测装置:有脉冲编码器,旋转变压器,感应同步器, 光栅,磁栅,激光干涉仪等 4.2 位置检测装置
4.2位置检测装置 >绝对式检测方式 功能:被测量的任一点的位置都以一个固定的零点作 基准,每一被测点都有一个相应的对零点的测量值。 优点:避免了增量式检测方式的缺陷 缺点:结构较复杂。 绝对式检测装置:有绝对式脉冲编码器、三速式绝对 编码器(或称多圈式绝对编码器)等 8
8 绝对式检测方式 功能:被测量的任一点的位置都以一个固定的零点作 基准,每一被测点都有一个相应的对零点的测量值。 优点:避免了增量式检测方式的缺陷 缺点:结构较复杂。 绝对式检测装置:有绝对式脉冲编码器、三速式绝对 编码器(或称多圈式绝对编码器)等 4.2 位置检测装置
4.2位置检测装置 (2)数字式与模拟式 >数字式测量方式 以数字形式表示被测量,测量信号一般为脉冲, 可直接把它送到数控装置进行比较、处理。 特点: ◆便于显示、处理; ◆测量精度取决于测量单位,与量程基本无关(存 在累加误差) ◆检测装置简单,脉冲信号抗干扰能力强。 9
9 (2)数字式与模拟式 数字式测量方式 以数字形式表示被测量,测量信号一般为脉冲, 可直接把它送到数控装置进行比较、处理。 特点: 便于显示、处理; 测量精度取决于测量单位,与量程基本无关(存 在累加误差) 检测装置简单,脉冲信号抗干扰能力强。 4.2 位置检测装置
4.2位置检测装置 >模拟式测量方式 用连续的变量表示被测量,如用相位变化、电压 变化表示。 特点: ◆直接对被测量进行检测: ◆在小量程内可以实现高精度测量; ◆可用于直接检测和间接检测。 10
10 模拟式测量方式 用连续的变量表示被测量,如用相位变化、电压 变化表示。 特点: 直接对被测量进行检测; 在小量程内可以实现高精度测量; 可用于直接检测和间接检测。 6.1 概述 4.2 位置检测装置