2019最新第三章 数控机床的伺服系统 ● 伺服系统的组成数学
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数控机床的伺服系统
第七章 数控机床的伺服系统
但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂， 价格也高。进入80年代后，由于交流电机调速技术的突破，交 流伺服驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服 电机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修， 制造简单，适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速 度方向发展，其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统， 交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。
第七章 数控机床的伺服系统
进给伺服系统的作用：接受数控装臵发出的进给速度和位 移指令信号，由伺服驱动装臵作一定的转换和放大后，经伺服 电机（直流、交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动机 构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行 部件的运动速度与位臵，以及几个执行部件按一定规律运动所 合成的运动轨迹。如果把数控装臵比作数控机床的“大脑”， 是发布“命令”的指挥机构，那么伺服系统就是数控机床的 “四肢”，是执行“命令”的机构，它是一个不折不扣的跟随 者。
第七章 数控机床的伺服系统
二、步进电机工作原理
步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统中， 步进电机受驱动线路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一 定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带 动工作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数 量代表了位移量，而运动方向是由步进电机的各相通电顺序 来决定，并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁。但由 于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定， 速度也受到步进电机性能的限制。
第七章 数控机床的伺服系统
直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开，然后拉直 演变而成，利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动 能的一种推力装臵，是一种较为理想的驱动装臵。在机床进给 系统中，采用直线电动机直接驱动与旋转电动机的最大区别是 取消了从电动机到工作台之间的机械传动环节，把机床进给传 动链的长度缩短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电动 机驱动方式无法达到的性能指标和优点。由于直线电动机在机 床中的应用目前还处于初级阶段，还有待进一步研究和改进。 随着各相关配套技术的发展和直线电动机制造工艺的完善，相 信用直线电动机作进给驱动的机床会得到广泛应用。
数控机床的伺服系统
第6章 数控机床的伺服系统
伺服驱动装置
位置控制模块 速度控制单元
工作台 位置检测
速度环 速度检测 位置环
伺服电机
测量反馈
图6-1 闭环进给伺服系统结构
数控机床闭环进给系统的一般结构如图，这是一个双闭环系统，内 环为速度环，外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。 速度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控 制系统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由 CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组 成。
第6章 数控机床的伺服系统
A C1 B4 2 B 3C A
逆时针转30º
C 4 B
A 1 2 3 A
B
C 1 B
A 2
B 3 C
C
逆时针转30º
4 A
第6章 数控机床的伺服系统
采用三相双三拍控制方式，即通电顺序按AB→BC→CA→AB（逆时针 方向）或AC→CB→BA→AC（顺时针方向）进行，其步距角仍为30。由于 双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持一相绕组通电，所以 工作比较稳定。
第6章 数控机床的伺服系统
设 A 相首先通电，转子齿与定子 A 、 A′ 对齐（图 3a ）。然后在 A 相继续通电的情 况下接通 B 相。这时定子 B 、 B′ 极对转子 齿 2 、 4 产生磁拉力，使转子顺时针方向转 动，但是 A 、 A′ 极继续拉住齿 1 、 3 ，因 此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转 子的位置如图 3b 所示，即转子从图 (a) 位 置顺时针转过了 15° 。接着 A 相断电， B 相继续通电。这时转子齿 2 、 4 和定子 B 、 B′ 极对齐（图 c ），转子从图 (b) 的位置又 转过了 15° 。其位置如图 3d 所示。这样， 如果按 A→A 、 B→B→B 、 C→C→C 、 A→A… 的顺序轮流通电，则转子便顺时针 方向一步一步地转动，步距角 15° 。电流 换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个 齿距角。如果按 A→A 、 C→C→C 、 B→B→B 、 A→A… 的顺序通电，则电机 转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六 拍方式。
数控机床进给伺服系统的组成和分类
机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。
二、进给伺服系统的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。
从图中可以看出，它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。
位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号，这个反馈是一个负反馈，即与指令信号的相位相反。
指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号向位置环送去减数。
位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。
它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移进行检测。
开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统，无位置反馈环节。
如图所示，这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。
由数控系统发出的指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。
闭环伺服系统闭环伺服系统原理图如图所示。
系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀—液压马达。
与开环进给系统最主要的区别是：安装在执行部件上的位置检测装置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲，反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于采用了位置检测反馈装置，所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。
闭环伺服系统的定位精度一般可达±0.01mm～±0.005 mm。
半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示。
将检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统。
闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差，因此，半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些，但是它的结构与凋试都比较简单。
全数字伺服系统随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已经开始采用高速度、高精度的全数字伺服系统。
使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。
伺服系统课第三章
晶闸管触发输入是由 → ，整个就是非线性环节（图3-7）我们一般将其近似为线性，如
图3-7晶闸管装置
④计算转速反馈环节的放大系统和参数
a）转速反馈系数
其中 ——电动势转速比
——电位器 的分压系数
测速发电机与主电机直接连接，采用±15V电源，相应地最大给定电压约12V，反馈电压为
∴
反馈系数
b）电位器 的选择
——包括空载转矩（主要是摩擦）在内的负载转矩
——电力拖动后接的一系列机械部件，折算到电机轴上（也包括电机轴本身）的总飞轮力矩。 实际上就是机械系统的惯性矩，不过单位量纲不同，它是工程上习惯用量。
在负载方面
∴
取 （单位秒）
则
进行拉氏变换
和 分别称为电动机的机电时间常数和积分时间常数。
（3-2）
而 则
（3-3）
2）静差率
即负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降 与理想空载转速 之比。
静差率s反映了系统对负载变化的稳定度，也就是特性曲线“软硬度”定量指标。
3） 之间的关系。
推导略，得
指额定负载时电机转速降，称为额定速降。由式可见，它和 是矛盾的；曲线要硬，范围就小，反之，要求比较宽的 ，就必须限制 。
例如，某车床主轴要求额定转速 ，最低转速 ，也就是 ，静差率 ，按下式，速降应为
一）开环（不带负反馈）系统如图3-3
图3-3开环系统
式中：
——电机的反电动势
——主电路总的等效电阻。主要是电机电枢内阻，其次是整流装置和平波电抗器的内阻。
——电机电枢外施直流电压。耒自三相整流装置；其输出是波动的（每工频周期有6个波头），经绕阻电感滤波平滑后的直流值等于交流波动的平均值。
—— ，其中， 为电动机电势常数。 是额定磁通。所以， 即额定磁通下电动势与转速的比值。
图3-7晶闸管装置
④计算转速反馈环节的放大系统和参数
a）转速反馈系数
其中 ——电动势转速比
——电位器 的分压系数
测速发电机与主电机直接连接，采用±15V电源，相应地最大给定电压约12V，反馈电压为
∴
反馈系数
b）电位器 的选择
——包括空载转矩（主要是摩擦）在内的负载转矩
——电力拖动后接的一系列机械部件，折算到电机轴上（也包括电机轴本身）的总飞轮力矩。 实际上就是机械系统的惯性矩，不过单位量纲不同，它是工程上习惯用量。
在负载方面
∴
取 （单位秒）
则
进行拉氏变换
和 分别称为电动机的机电时间常数和积分时间常数。
（3-2）
而 则
（3-3）
2）静差率
即负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降 与理想空载转速 之比。
静差率s反映了系统对负载变化的稳定度，也就是特性曲线“软硬度”定量指标。
3） 之间的关系。
推导略，得
指额定负载时电机转速降，称为额定速降。由式可见，它和 是矛盾的；曲线要硬，范围就小，反之，要求比较宽的 ，就必须限制 。
例如，某车床主轴要求额定转速 ，最低转速 ，也就是 ，静差率 ，按下式，速降应为
一）开环（不带负反馈）系统如图3-3
图3-3开环系统
式中：
——电机的反电动势
——主电路总的等效电阻。主要是电机电枢内阻，其次是整流装置和平波电抗器的内阻。
——电机电枢外施直流电压。耒自三相整流装置；其输出是波动的（每工频周期有6个波头），经绕阻电感滤波平滑后的直流值等于交流波动的平均值。
—— ，其中， 为电动机电势常数。 是额定磁通。所以， 即额定磁通下电动势与转速的比值。
数控机床的伺服系统的组成和各伺服电机技术的特点
数控机床的伺服系统的组成和各伺服电机技术的特点
数控机床伺服系统是以机械位移为直接控制目标的自动控制系统，也可称为位置随动系统，简称为伺服系统。
伺服系统的组成是由：比较环节——驱动电路——执行元件——传动装置——移动部件；速度反馈，位置反馈环节。
进给伺服电机技术特点有六点：
1 调速范围宽。
2 位移精度高；一般数控机床的脉冲当量为0.01mm~0.005mm脉冲，高精度的数控机床其脉冲当量可达0.001mm脉冲。
3 定位精度高；定位精度一般为0.01mm~0.001mm，甚至0.1um。
4 稳定性好；对伺服系统要求有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀，平稳，稳定性直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。
5 动态响应要求过渡时间要短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒。
步进电机的特点：步进电机的角位移或直线位移与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率成正比，能快速
的起动，制动和反转；在一定频率范围内各种运动方式都能任意的改变且不会失步，当停止输入控制脉冲后，只要维持控制绕组电流不变，电动机就会保持在某一固定位置上，所以步进电机具有自整步的能力，并且没有周累积误差，所以定位精度较高。
伺服系统的分类和基本组成形式
伺服系统的分类和基本组成形式伺服系统是一种能够将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象的电机系统。
它的主要特点是具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可将所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
伺服电机分为直流和交流伺服电动机两大类，其转速随着转矩的增加而匀速下降。
在自动控制系统中，伺服电机常用作执行元件。
数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号，驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确。
其中，进给伺服控制对伺服系统的要求更高，而主运动的伺服控制要求相对较低。
因此，数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统的质量。
伺服系统按其驱动元件和控制方式划分，有步进式伺服系统、直流电动机伺服系统、交流电动机伺服系统、开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统等。
其中，开环系统主要由驱动电路、执行元件和机床3大部分组成，常用的执行元件是步进电机；闭环系统主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成，常见的检测元件有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅和编码盘等。
根据进入比较环节信号的形式以及反馈检测方式，闭环(半闭环)系统可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统3种。
在闭环系统中，检测元件将机床移动部件的实际位置检测出来并转换成电信号反馈给比较环节，比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较，两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动电路，控制执行元件带动工作台继续移动，直到跟随误差为零。
半闭环伺服系统的精度要比闭环伺服系统的精度低一些，这是由于丝杠和工作台之间传动误差的存在所导致的。
因此，伺服系统的分类和基本组成形式对于机床的性能和精度有着至关重要的影响，需要在实际应用中根据具体需求进行选择和配置。
执行元件在伺服系统中扮演着重要的角色，其作用是将电信号转化为机械位移，以实现控制信号的跟随。
直流宽调速电动机和交流电动机是常用的执行元件，不同的执行元件需要不同的驱动电路。
伺服系统的结构组成
伺服系统的结构组成1. 哇，伺服系统简直就像是一个超级智能的机器人大家庭！让我带大家一起去认识这个神奇的系统吧，保证让你大开眼界！2. 要说伺服系统啊，它就像是一个小型指挥中心，里面有好几个关键的"小伙伴"在合作。
这些部件配合得可默契了，就像是训练有素的杂技团！3. 伺服电机可是这个大家庭的"主力军"！它就像是系统的手脚，负责执行各种动作。
你让它转多快它就转多快，让它停它就停，比我们班最听话的同学还要听话呢！4. 伺服驱动器就像是电机的"私人教练"，它告诉电机该怎么动、动多快。
要是没有它，电机就像没有方向的车，可就抓瞎啦！这个"教练"不光教电机怎么动，还得保护它不受伤，真是太贴心了！5. 检测元件可有意思了，它就像是系统的"千里眼"！位置、速度、方向，这些信息它都看得一清二楚。
它比我奶奶还要唠叨，时时刻刻都在汇报最新情况！6. 控制器就是整个系统的"大脑"，它接收到检测元件的信息后，立马就能拿主意。
这个"大脑"可聪明了，能在眨眼的功夫就算出该怎么调整，简直比数学老师还厉害！7. 机械传动装置就像是系统的"筋骨"，它把电机的动作传递到需要的地方。
齿轮、带轮、丝杠，这些零件配合起来，默契得就像是跳芭蕾的舞者！8. 反馈通道可是个有趣的小家伙，它就像是系统的"监督员"。
实际运动和指令不一样？它马上就报告给控制器，一点儿马虎都不行！9. 这些部件之间的配合可有意思了！比如说，控制器发出一个指令，驱动器就赶紧告诉电机该怎么转，检测元件在旁边盯着看，要是有什么不对劲，立马就通过反馈通道告诉控制器！10. 整个系统配合起来，简直就像是在演交响乐！控制器是指挥家，其他部件都是乐器，每个都要按照节拍准确演奏，才能奏出美妙的"音乐"！11. 你看机器人的关节多灵活啊？那就是伺服系统在发挥作用！数控机床加工得多精确？也是伺服系统的功劳！这些地方都少不了它们的身影！12. 说到底啊，伺服系统就是个特别团结的大家庭。
数控系统基本组成PPT课件
.
3．多微处理机CNC装置的典型结构
（1）ห้องสมุดไป่ตู้享总线结构 （2）共享存储器结构
.
数控软件的特点及关键技术
1.多任务与并行处理技术
（1）． 数控装置的多任务性
图4-11 数控装置的任务及分类框图
.
这些任务中有些可以顺序执行，有些必须同时执行，如： （1） 显示和控制任务必须同时执行，以便操作人员及时了解
.
1．多微处理器系统特点
（1）计算处理速度高 （2）可靠性高 （3）有良好的适应性和扩展性 （4）硬件易于组织规模生产
.
2. 多微处理器系统的基本功能模块
（1) CNC管理模块 （2）存储器模块 （3）CNC插补模块 （4）位置控制模块 （5）操作和控制数据输入输出和显示模块 （6） PLC模块
机床运行状态； （2） 在加工过程中，为使加工过程连续，译码、刀补、插补
和位置控制模快也必须同时进行。
.
（2）． 多任务并行处理的实现 1） 资源分时共享
初始化
显示
其它
背 景 程 译码 序
I/ O
刀补
位置控制
优
先
级
插补运算
顺
序
背景程序
图4-12 分时共享多任务处理方案
.
2.2 数控系统的分类、性能指标及功能
.
⑸主轴控制接口
主轴S功能可分为无级变速、有级变速和分段 无级变速三大类。当数控机床配有主轴驱动装置 时，可利用系统的主轴控制接口输出模拟量进行 无级变速，否则需用MST接口实现有级变速。为 提高低速输出转矩，现代数控机床多采用分段无 级变速。主轴的位置反馈主要用于螺纹切削功能、 主轴准停功能以及主轴转速监控等。
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3．多微处理机CNC装置的典型结构
（1）ห้องสมุดไป่ตู้享总线结构 （2）共享存储器结构
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数控软件的特点及关键技术
1.多任务与并行处理技术
（1）． 数控装置的多任务性
图4-11 数控装置的任务及分类框图
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这些任务中有些可以顺序执行，有些必须同时执行，如： （1） 显示和控制任务必须同时执行，以便操作人员及时了解
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1．多微处理器系统特点
（1）计算处理速度高 （2）可靠性高 （3）有良好的适应性和扩展性 （4）硬件易于组织规模生产
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2. 多微处理器系统的基本功能模块
（1) CNC管理模块 （2）存储器模块 （3）CNC插补模块 （4）位置控制模块 （5）操作和控制数据输入输出和显示模块 （6） PLC模块
机床运行状态； （2） 在加工过程中，为使加工过程连续，译码、刀补、插补
和位置控制模快也必须同时进行。
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（2）． 多任务并行处理的实现 1） 资源分时共享
初始化
显示
其它
背 景 程 译码 序
I/ O
刀补
位置控制
优
先
级
插补运算
顺
序
背景程序
图4-12 分时共享多任务处理方案
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2.2 数控系统的分类、性能指标及功能
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⑸主轴控制接口
主轴S功能可分为无级变速、有级变速和分段 无级变速三大类。当数控机床配有主轴驱动装置 时，可利用系统的主轴控制接口输出模拟量进行 无级变速，否则需用MST接口实现有级变速。为 提高低速输出转矩，现代数控机床多采用分段无 级变速。主轴的位置反馈主要用于螺纹切削功能、 主轴准停功能以及主轴转速监控等。
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伺服控制系统
伺服系统的概念伺服系统是一种反馈控制系统,以指令脉冲为输入给定值,与输出量进行比较,利用偏差值对系统进行自动调节,以消除误差,使输出量紧密跟踪给定值.cnc装置放大转换速度控制伺服电机工作台检测单元51. 伺服系统的概念(续)伺服系统一般由驱动控制单元,驱动元件,机械传动部件,执行件和检测反馈环节等组成.伺服控制系统与一般机床进给系统有着本质的区别:进给系统的作用在于保证切削过程能够继续进行,不能控制执行件的位移和轨迹;伺服系统将指令信息加以转换和放大,不仅能控制执行件的速度,方向,而且能精确控制其位置,以及几个执行件按一定的运动规律合成的轨迹.伺服系统的性能直接关系到数控机床执行部件的静态和动态特性,工作精度,负载能力,响应快慢和稳定程度等.62. 数控机床对伺服系统的要求调速范围宽调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比.由于加工所用的刀具,被加工零件材质以及零件加工要求的变化范围很广,为了保证在所有的加工情况下都能得到最佳的切削条件和加工质量,要求进给速度能在很大的范围内变化,即有很大的调速范围.同时要求在调速范围内,速度均匀,稳定,低速时无爬行,在零速时伺服电机处于电磁锁住状态,以保证定位精度不变.72. 数控机床对伺服系统的要求(续)精度高数控机床是按预定的程序自动进行加工的,不可能像普通机床那样用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响,故要求数控机床的实际位移和指令位移之差要小.现代数控机床的位移精度一般为0.01-0.001mm,甚至可高达0.1 m.以保证加工质量的一致性,保证复杂曲线,曲面零件的加工精度.82. 数控机床对伺服系统的要求(续)响应快要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快,即灵敏度要高,达到最大稳定速度的时间要短,这种过渡过程一般都在200ms以内,甚至几十毫秒,即过渡过程的前沿要陡,斜率要大.响应的快慢反映了系统跟踪精度的高低,且直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面质量的好坏.92. 数控机床对伺服系统的要求(续)低速大扭矩数控机床的进给系统常在相对较低的速度下进行切削,故要求伺服系统能够输出大的转矩.普通加工直径400mm的车床,纵向和横向的驱动力矩都在10n.m以上.为此数控机床的进给传动链应尽量短,传动的摩擦系数尽量小,并减少间隙,提高刚度,减少惯量,提高效率.第二节伺服系统的驱动元件111. 对伺服驱动元件的要求驱动元件(即伺服电机)是伺服系统的关键部件,它接受控制系统发来的进给指令信号,并将其转变为角位移或直线位移,以驱动数控机床的进给部件实现所要求的运动.而这种运动要能进,能退,能快,能慢,既精确又灵敏.它应满足下列要求:调速范围宽精度高电机的负载特性好电机的结构简单2. 直流伺服电机2.1 直流电机的工作原理直流伺服电机与一般直流电机的工作原理完全相同,他励直流电机转子上的载流导体(即电枢绕组),在定子磁场中受到电磁转矩m的作用,使电机转子旋转.frfufiaraiu+电磁转矩:atikm=式中:)电机的转矩系数(φ= mttckk电机电枢电流ai电枢转动后,因导体切割磁力线而产生反电动势,其值为:nkeea=电势系数电枢的转速2. 直流伺服电机(续)作用在电枢的电压u应等于反电势与电枢电压降之和,即frfufiaraiu+aaarieu+=电枢电阻上式就是电机的电压平衡方程式,且eaakriun=改变电机转速有三种方法:(1)改变电枢电压u;(2)改变磁通量φ(即改变ke的值),改变激磁回路的电阻rf以改变激磁电流if,可以达到改变磁通量的目的;(3)在电枢回路中串联调节电阻.2.2 直流电机的静态特性frfufiaraiau+atmikt φ =式中:电枢回路的电压平衡方程式为:直流电机的工作原理建立在电磁定律基础上,即直流切割磁力线产生电磁转矩,电磁力的大小正比于电机中气隙的磁场.电磁转矩表示为-电磁转矩.-电枢电流;磁场磁通;转矩系数;mattik φaaaaeriu+=式中:-电枢上的外加电压.电枢反电势;电枢电阻;aaauer 2.2 直流电机的静态特性(续)frfufiaraiu+ω φ =eake式中:由以上各式可得:电枢反电势与转速之间的关系为:电机转速(角速度);电势系数; ωekmteaeatkkrkuφ φ=ω2此式表示电机转速与电磁力矩的关系,称为机械特性,即静态特性.稳定运行时,电磁转矩与所带负载转矩相等.当负载转矩为零时,电磁转矩也为零,这时可得:φ =ωeaku0理想空载转速当电机带动某一负载tl时,电机转速与理想空载转速ω0会有一个差值ω, ω表明了机械特性的硬度, ω越小,机械特性越硬.2.3 直流电机的动态特性dtdjttlmω= 在数控机床的进给伺服系统中,电机经常处于过渡过程工作状态,其动态特性直接影响生产率,加工精度和表面质量.永磁直流电机有着优良的动态品质.直流电机的力矩平衡方程式为:时间.-惯量;-电机转子上总的转动电机转子的角速度;转矩;折算到电机轴上的负载电机电磁转矩;式中,t jttlm ω 该式表明动态过程中,电机由直流电能转换来的电磁转矩tm克服负载转矩后,其剩余部分用来克服机械惯量而产生加速度,以使电机由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态.17直流电机示例18上次课内容回顾介绍了开放式数控系统的实现技术;介绍了伺服系统的概念;介绍了数控机床对伺服系统的要求;介绍了直流伺服电机的工作原理;2005-06-07第15周193. 交流伺服电机直流伺服电机具有良好的调速性能,但直流电机的电刷和换向器易磨损,需要经常维护,而且换向器换向时会产生火花,使电机的转速和应用环境受到限制.交流电机则没有上述缺点,且转子惯量比直流电机小,动态响应更好.一般在同样的体积下,交流电机的输出功率可比直流电机提高10%-70%.同时,交流电机的容量可比直流电机大些,电压和转速也更高.在数控机床上主要应用的是永磁式交流伺服电机.203.1 交流伺服电机的调速方法交流伺服电机的调速采用变频调速的方法,即改变电源的频率f.交流伺服电机变频调速的关键问题是要获得变频,调压的交流电源.变频调压常用交流-直流-交流方法.即将工频交流电整流成直流电,再将直流逆变为频率可调的交流电.21交流伺服电机示例224. 直线电机将旋转电机沿径向剖开后,拉直展开便形成了直线电机.它省去了联轴器,滚珠丝杠螺母副等传动环节,直接驱动工作台移动.目前应用较多的是交流直线电机(永磁同步和感应异步式两种),原来的定子称为"初级",原来的转子称为"次级".将"初级"和"次级"分别安装在机床的运动部件和固定部件上,初级的三项绕组通电时即可实现部件间的相对运动.23直线电机示例245. 步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的机电执行元件.步进电机的转子上无绕组,且均匀分布若干个齿,定子上有激磁绕组.当输给激磁绕组一个电脉冲时,转子就转过一个相应的角度,称为步距角.步进电机的角位移和输入脉冲的个数严格成正比,在时间上与输入脉冲同步.步进...。
数控机床的伺服系统
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4.2 步进电动机驱动控制系统
4.2.3 步进电动机的驱动控制
1.步进电动机的工作方式 从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每拍转子转过一个
步距角。按A→B → C → A → …的顺序通电时，电动机的转 子便会按此顺序一步一步地旋转;反之，若按A → C → B → A→…的顺序通电，则电动机就会反向转动，这种三相依次 单相通电的方式，称为三相单三拍式运行，“单”是指每次 只有一相绕组通电，“三拍”是指一个循环内换接了三次， 即A、B、C三拍。单三拍通电方式每次只有一相控制绕组通 电吸引转子，容易使转子在平衡位置附近产生振荡，运行稳 定性较差;另外，在切换时一相控制绕组断电而另一相控制绕 组开始
4.2.2 步进电动机的工作原理与主要特 性
1.步进电动机的工作原理
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4.2 步进电动机驱动控制系统
步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。下面以 图4-2所示的一个最简单步进电动机结构为例说明步进电动机 的工作原理。其定子上分布有6个齿极，每两个相对齿极装有 一相励磁绕组，构成三相绕组。
也称为数组的长度。
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6.1 一维数组
对数组的定义应注意以下几点。 (1)数组的类型实际上是指数组元素的取值类型。对于同一
个数组，其所有元素的数据类型都是相同的。 (2)数组名的书写规则应符合标识符的书写规定。 (3)数组名不能与其他变量名相同。 (4)不能在方括号中用变量来表示元素的个数，但是可以用
按伺服控制方式不同，数控机床伺服系统可分为开环、闭环 和半闭环系统。开环型采用步进电动机驱动，控制方式简单， 信号单向传递，无位置反馈，所以精度不高，适用于要求不 高的经济型数控机床中。而闭环控制系统采用直流、交流伺 服电动机驱动，位置检测元件安装于机床运动部件上，
4.2 步进电动机驱动控制系统
4.2.3 步进电动机的驱动控制
1.步进电动机的工作方式 从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每拍转子转过一个
步距角。按A→B → C → A → …的顺序通电时，电动机的转 子便会按此顺序一步一步地旋转;反之，若按A → C → B → A→…的顺序通电，则电动机就会反向转动，这种三相依次 单相通电的方式，称为三相单三拍式运行，“单”是指每次 只有一相绕组通电，“三拍”是指一个循环内换接了三次， 即A、B、C三拍。单三拍通电方式每次只有一相控制绕组通 电吸引转子，容易使转子在平衡位置附近产生振荡，运行稳 定性较差;另外，在切换时一相控制绕组断电而另一相控制绕 组开始
4.2.2 步进电动机的工作原理与主要特 性
1.步进电动机的工作原理
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4.2 步进电动机驱动控制系统
步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。下面以 图4-2所示的一个最简单步进电动机结构为例说明步进电动机 的工作原理。其定子上分布有6个齿极，每两个相对齿极装有 一相励磁绕组，构成三相绕组。
也称为数组的长度。
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6.1 一维数组
对数组的定义应注意以下几点。 (1)数组的类型实际上是指数组元素的取值类型。对于同一
个数组，其所有元素的数据类型都是相同的。 (2)数组名的书写规则应符合标识符的书写规定。 (3)数组名不能与其他变量名相同。 (4)不能在方括号中用变量来表示元素的个数，但是可以用
按伺服控制方式不同，数控机床伺服系统可分为开环、闭环 和半闭环系统。开环型采用步进电动机驱动，控制方式简单， 信号单向传递，无位置反馈，所以精度不高，适用于要求不 高的经济型数控机床中。而闭环控制系统采用直流、交流伺 服电动机驱动，位置检测元件安装于机床运动部件上，
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第三章 数控机床的伺服系统
教学目标： 熟悉数控机床伺
服系统，掌握结构 组成部件原理。
● 伺服系统的组成 ● 伺服系统的基本要求 ● 检测装置 ● 开环进给伺服系统 ● 闭环进给伺服系统
● 变频调速系统
• 在自动控制系统中，把被控量以一定的准确度跟随控制量 的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。
数控机床上常用的位置检测元件有光电编码器、直线感 应同步器、光栅和磁尺等。
五、 测速发电机及反馈回路
对执行元件的转速进行检测判断，反馈校正，从而提高了 速度控制的精度。
测速发电机只是一种检测元件，也可以选择别的。
床机控数的能功理处和储存息信有具台一第上界世了功成制研作合司公斯森帕和院学工理省麻国美年 2 5 9 1
(2) 准停控制 在加工中心上为了自动换刀，要求主轴能进行高 精度的准确位置停止。
(3) 角度分度控制
为了满足上述数控机床对主轴驱动的要求，主轴电机应具备以下性能： (1) 电机功率要大，且在大的调速范围内速度要稳定，恒功率调速范 围宽； (2) 在断续负载下电机转速波动要小； (3) 加速、减速时间短； (4) 温升低，噪声小，振动小，可靠性高，寿命长，易维护，体积小， 重量轻； (5) 电机过载能力强。
7.对伺服电机的要求
二 、主轴伺服系统的基本要求
具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围
1、输出大功率
在调速范围内均能提供所需的切削功率，提供主轴 电动机的最大功率。为满足数控机床低速、强力切削的 需要，常采用分段无级变速的方法(即在低速段采用机 械减速装置)，以扩大输出转矩。通常主传动电机应有 2.5~250kw的功率范围，因此，对功率驱动电路提出了 更高的要求。
①直接测量被测的量，无需变换。
②在小量程内实现较高精度的测量，技术上较为成熟。 如用旋转变压器、感应同步器等。
2)增量式测量与绝对式测量
1)增量式测量 增量式测量的特点是： 只测位移量，如测量单位为0.01mm，则每移动O.01mm 就发出一个脉冲信号。在轮廓控制的数控机床上大都采用 这种测量方式。典型的测量元件有感应同步器、光栅、磁 尺等。
若W=0.01mm，通过减小θ 角，将莫尔条纹的节距调成1Omm 时，其放大倍数相当于1000倍(1／θ =B/W)。因此，不需要经 过复杂的光学系统，便将光栅的栅距放大了1000倍，从而大大 减化了电子放大线路，这是光栅技术独有的特点。
3．直线光栅的工作原理
根据莫尔条纹的移动规律，当光栅尺移动一个栅距w时， 莫尔条纹会移动一个节距B。移动一个节距就会产生一个光电 脉冲信号，这个信号通过光电元件可以检测到。这样，通过 光电元件接收到的脉冲个数就可知道光栅尺移动了多少个栅 距w，移动的距离不满一个栅距的，可以通过检测光的强弱来 判断。这两方面结合起来，就能精确地测量出光栅尺的移动 距离。
ห้องสมุดไป่ตู้
四、编码器的原理与应用
编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随被测轴一起转 动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。
360 / 条纹
如条纹数为1024，则分辨角
360/1024 0.352
1一光源 2一透镜 3一光栏板 4一光电码盘 5一光电元件6一参考标记
2)绝对式测量
绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定 的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。装置 的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每一个 角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高， 量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构也就愈复 杂。
3）直接测量与间接测量
3.具有足够的传动刚性和高的速度稳定性 伺服系统在不同的负载情况下或切削条件发生变化
时，应使进给速度保持恒定。刚性良好的系统，速度受 负载力矩变化的影响很小。通常要求承受额定力矩变化 时，静态速降应小于5％，动态速降应小于10％。
4.快速响应无超调 快 速：效率高 无超调：加工质量高
5.高精度 6.低速大转矩 机床的加工特点，大多是低速时进行切削，即在低速时进 给驱动要有大的转矩输出。
3、具有四象限驱动能力
要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、 减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在ls内从静止加速到6000r／ min。
主轴驱动一般为速度控制系统，除上面的一般要求外，还具有下 面的控制功能。
(1) 主轴与进给驱动的同步控制 该功能使数控机床具有螺纹加 工（或螺旋槽）能力。
2、调速范围大
要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现 无级调速，并减少中间传动环节。
目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达l：100，恒功率调 速范围也可达l：30，过载1.5倍时仍可持续工作达30min。
主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式， 其中有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床采用无级变 速或分段无级变速。在无级变速中，变频调速主轴一般用于普及型 数控机床，交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。
节距W2=2(a2+ b2)
定尺节距即为检测周期W W=2mm
一般取W1=W2或者取W1=2W/3
2.感应同步器的工作原理 电磁感应的强弱和相互之间的位置有直接的关系。
不同位置时的 感应效果对比 在一个节距 W 内，位移
x 与θ的关系应为
2 x
W
滑尺在移动一个节距的过程中，感应电势(按余弦波形) 变化了一个周期。
一 、 概述
1.位置检测装置的要求
1)受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度， 抗干扰能力强。
2)在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求。 3)使用维护方便，适应机床工作环境。 4)成本低 。
2.位置检测装置的分类
(1)数字式测量与模拟式测量 1)数字式测量 数字式测量是将被测的量以数字的形式
• 数控机床的伺服系统是以机床移动部件的位置和速度为被 控制量的自动控制系统。
• 伺服驱动系统接收来自插补装置或插补软件生成的进给脉 冲指令，经过一定的信号变换及电压、功率放大，将其转 化为机床工作台相对于切削刀具的运动。
第一节 伺服系统的组成
一 、驱动电路
驱动电路接收CNC装置发出的指令，并将这种指令信号 转换成后面执行元件所需要的控制信号的形式，经过功率放 大后，驱动执行元件动作。
2．莫尔条纹的产生和特点
1一光栅尺(标尺光栅) 2一指示光栅 3一光电接收元件4一光源
（1)放大作用 当标尺光栅和指示光栅的夹角很小时，栅距 w和莫尔条纹节距B(单位：mm)有下列关系
B W W
sin
莫尔条纹的节距为光栅栅距的1/θ 倍。由于θ 很小(小于 1 O)，因此节距B比栅距W放大了很多倍。
若励磁电压为
u U m sin t
则在定尺绕组产生的感应电势为
e kUm cos sin t
3.感应同步器输出信号的处理方式
1） 鉴相方式 根据相位来判断 通过检测感应电动势的幅值测量位移
2） 鉴幅方式 根据幅值来判断 通过检测感应电动势的相位测量位移
(1)鉴相方式
us U m sin t
(1)在1mm／min～24000mm／min即1：24000调速范围内，要求速度均匀、 稳定、无爬行，且转矩变化小。
(2)在1mm／min以下时具有一定的瞬时速度，但平均速度很低。 (3)在零速时，即工作台停止运动时，要求电动机有电磁转矩以维持定位 精度，使定位误差不超过系统的允许范围，即电机处于伺服锁定状态。
第三节 检测装置
在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出 反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差， 经放大后控制执行部件，使其向着消除偏差的方向运动， 直至偏差等于零为止。一般要求检测元件的分辨率(检测元 件能检测的最小位移量)在0.0001～0.01mm之内，测量精度 为±0.001～±O.02mm／m，运动速度为O～24m／min。
二 、感应同步器位置检测装置
感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成 电信号的一种装置。根据用途，可将感应同步器分为直线 式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移。
1.感应同步器的结构
直线感应同步器的基体通常采用厚度为10 mm的铜板或铸铁制成，以减小与 机床的温度误差。平面绕组为铜箔，通常采用厚度为0.05mm或0.07mm的紫 铜箔，用绝缘粘结剂热压黏结在基体上，再利用刻蚀方法制成所需的绕组。
1)直接测量 直接测量是将检测装置直接安装在执行 部件上，如光栅、感应同步器等用来直接测量工作台的 直线位移，其缺点是测量装置要和工作台行程等长。
2)间接测量 间接测量装置是将检测装置安装在滚珠 丝杠或驱动电动机轴上，通过检测转动件的角位移来间 接测量执行部件的直线位移。间接测量方便可靠，无长 度限制。其缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为 直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。
2
W
x)
例如定尺输出的感应电动势与滑尺励磁电压之间相位 差为3.6°，在W=2mm的情况下
x (3.6 / 360) 2mm 0.02mm
滑尺相对定尺节距为零的位置移动了0．02mm。
4．感应同步器的特点 (1)精度高 目前直线感应同步器的精度可达±0.001mm，重复精度0.0002mm，灵敏度0.00005mm。 (2)工作可靠，抗干扰性强 (3)维修简单、寿命长 (4)测量距离长 (5)工艺性好、成本低、便于成批生产
三 、 光栅位置检测装置
光栅用于数控机床作为检测装置，用以测量长度、角度、 速度、加速度、振动和爬行等。它是数控机床闭环系统中用 得较多的一种检测装置。
1．直线透射光栅的组成 光栅位置检测装置由光源、长光栅(标尺光栅)、短光栅(指示光栅)、 光电接收元件等组成。长光栅随运动部件移动，要求与行程等长。短光 栅则常固定在机床的相应部件上。长、短光栅保持一定间隙(0.05～ 0.1mm)重叠在一起，短光栅在自身的平面内旋转一个很小的角度。
教学目标： 熟悉数控机床伺
服系统，掌握结构 组成部件原理。
● 伺服系统的组成 ● 伺服系统的基本要求 ● 检测装置 ● 开环进给伺服系统 ● 闭环进给伺服系统
● 变频调速系统
• 在自动控制系统中，把被控量以一定的准确度跟随控制量 的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。
数控机床上常用的位置检测元件有光电编码器、直线感 应同步器、光栅和磁尺等。
五、 测速发电机及反馈回路
对执行元件的转速进行检测判断，反馈校正，从而提高了 速度控制的精度。
测速发电机只是一种检测元件，也可以选择别的。
床机控数的能功理处和储存息信有具台一第上界世了功成制研作合司公斯森帕和院学工理省麻国美年 2 5 9 1
(2) 准停控制 在加工中心上为了自动换刀，要求主轴能进行高 精度的准确位置停止。
(3) 角度分度控制
为了满足上述数控机床对主轴驱动的要求，主轴电机应具备以下性能： (1) 电机功率要大，且在大的调速范围内速度要稳定，恒功率调速范 围宽； (2) 在断续负载下电机转速波动要小； (3) 加速、减速时间短； (4) 温升低，噪声小，振动小，可靠性高，寿命长，易维护，体积小， 重量轻； (5) 电机过载能力强。
7.对伺服电机的要求
二 、主轴伺服系统的基本要求
具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围
1、输出大功率
在调速范围内均能提供所需的切削功率，提供主轴 电动机的最大功率。为满足数控机床低速、强力切削的 需要，常采用分段无级变速的方法(即在低速段采用机 械减速装置)，以扩大输出转矩。通常主传动电机应有 2.5~250kw的功率范围，因此，对功率驱动电路提出了 更高的要求。
①直接测量被测的量，无需变换。
②在小量程内实现较高精度的测量，技术上较为成熟。 如用旋转变压器、感应同步器等。
2)增量式测量与绝对式测量
1)增量式测量 增量式测量的特点是： 只测位移量，如测量单位为0.01mm，则每移动O.01mm 就发出一个脉冲信号。在轮廓控制的数控机床上大都采用 这种测量方式。典型的测量元件有感应同步器、光栅、磁 尺等。
若W=0.01mm，通过减小θ 角，将莫尔条纹的节距调成1Omm 时，其放大倍数相当于1000倍(1／θ =B/W)。因此，不需要经 过复杂的光学系统，便将光栅的栅距放大了1000倍，从而大大 减化了电子放大线路，这是光栅技术独有的特点。
3．直线光栅的工作原理
根据莫尔条纹的移动规律，当光栅尺移动一个栅距w时， 莫尔条纹会移动一个节距B。移动一个节距就会产生一个光电 脉冲信号，这个信号通过光电元件可以检测到。这样，通过 光电元件接收到的脉冲个数就可知道光栅尺移动了多少个栅 距w，移动的距离不满一个栅距的，可以通过检测光的强弱来 判断。这两方面结合起来，就能精确地测量出光栅尺的移动 距离。
ห้องสมุดไป่ตู้
四、编码器的原理与应用
编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随被测轴一起转 动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。
360 / 条纹
如条纹数为1024，则分辨角
360/1024 0.352
1一光源 2一透镜 3一光栏板 4一光电码盘 5一光电元件6一参考标记
2)绝对式测量
绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定 的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。装置 的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每一个 角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高， 量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构也就愈复 杂。
3）直接测量与间接测量
3.具有足够的传动刚性和高的速度稳定性 伺服系统在不同的负载情况下或切削条件发生变化
时，应使进给速度保持恒定。刚性良好的系统，速度受 负载力矩变化的影响很小。通常要求承受额定力矩变化 时，静态速降应小于5％，动态速降应小于10％。
4.快速响应无超调 快 速：效率高 无超调：加工质量高
5.高精度 6.低速大转矩 机床的加工特点，大多是低速时进行切削，即在低速时进 给驱动要有大的转矩输出。
3、具有四象限驱动能力
要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、 减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在ls内从静止加速到6000r／ min。
主轴驱动一般为速度控制系统，除上面的一般要求外，还具有下 面的控制功能。
(1) 主轴与进给驱动的同步控制 该功能使数控机床具有螺纹加 工（或螺旋槽）能力。
2、调速范围大
要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现 无级调速，并减少中间传动环节。
目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达l：100，恒功率调 速范围也可达l：30，过载1.5倍时仍可持续工作达30min。
主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式， 其中有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床采用无级变 速或分段无级变速。在无级变速中，变频调速主轴一般用于普及型 数控机床，交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。
节距W2=2(a2+ b2)
定尺节距即为检测周期W W=2mm
一般取W1=W2或者取W1=2W/3
2.感应同步器的工作原理 电磁感应的强弱和相互之间的位置有直接的关系。
不同位置时的 感应效果对比 在一个节距 W 内，位移
x 与θ的关系应为
2 x
W
滑尺在移动一个节距的过程中，感应电势(按余弦波形) 变化了一个周期。
一 、 概述
1.位置检测装置的要求
1)受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度， 抗干扰能力强。
2)在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求。 3)使用维护方便，适应机床工作环境。 4)成本低 。
2.位置检测装置的分类
(1)数字式测量与模拟式测量 1)数字式测量 数字式测量是将被测的量以数字的形式
• 数控机床的伺服系统是以机床移动部件的位置和速度为被 控制量的自动控制系统。
• 伺服驱动系统接收来自插补装置或插补软件生成的进给脉 冲指令，经过一定的信号变换及电压、功率放大，将其转 化为机床工作台相对于切削刀具的运动。
第一节 伺服系统的组成
一 、驱动电路
驱动电路接收CNC装置发出的指令，并将这种指令信号 转换成后面执行元件所需要的控制信号的形式，经过功率放 大后，驱动执行元件动作。
2．莫尔条纹的产生和特点
1一光栅尺(标尺光栅) 2一指示光栅 3一光电接收元件4一光源
（1)放大作用 当标尺光栅和指示光栅的夹角很小时，栅距 w和莫尔条纹节距B(单位：mm)有下列关系
B W W
sin
莫尔条纹的节距为光栅栅距的1/θ 倍。由于θ 很小(小于 1 O)，因此节距B比栅距W放大了很多倍。
若励磁电压为
u U m sin t
则在定尺绕组产生的感应电势为
e kUm cos sin t
3.感应同步器输出信号的处理方式
1） 鉴相方式 根据相位来判断 通过检测感应电动势的幅值测量位移
2） 鉴幅方式 根据幅值来判断 通过检测感应电动势的相位测量位移
(1)鉴相方式
us U m sin t
(1)在1mm／min～24000mm／min即1：24000调速范围内，要求速度均匀、 稳定、无爬行，且转矩变化小。
(2)在1mm／min以下时具有一定的瞬时速度，但平均速度很低。 (3)在零速时，即工作台停止运动时，要求电动机有电磁转矩以维持定位 精度，使定位误差不超过系统的允许范围，即电机处于伺服锁定状态。
第三节 检测装置
在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出 反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差， 经放大后控制执行部件，使其向着消除偏差的方向运动， 直至偏差等于零为止。一般要求检测元件的分辨率(检测元 件能检测的最小位移量)在0.0001～0.01mm之内，测量精度 为±0.001～±O.02mm／m，运动速度为O～24m／min。
二 、感应同步器位置检测装置
感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成 电信号的一种装置。根据用途，可将感应同步器分为直线 式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移。
1.感应同步器的结构
直线感应同步器的基体通常采用厚度为10 mm的铜板或铸铁制成，以减小与 机床的温度误差。平面绕组为铜箔，通常采用厚度为0.05mm或0.07mm的紫 铜箔，用绝缘粘结剂热压黏结在基体上，再利用刻蚀方法制成所需的绕组。
1)直接测量 直接测量是将检测装置直接安装在执行 部件上，如光栅、感应同步器等用来直接测量工作台的 直线位移，其缺点是测量装置要和工作台行程等长。
2)间接测量 间接测量装置是将检测装置安装在滚珠 丝杠或驱动电动机轴上，通过检测转动件的角位移来间 接测量执行部件的直线位移。间接测量方便可靠，无长 度限制。其缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为 直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。
2
W
x)
例如定尺输出的感应电动势与滑尺励磁电压之间相位 差为3.6°，在W=2mm的情况下
x (3.6 / 360) 2mm 0.02mm
滑尺相对定尺节距为零的位置移动了0．02mm。
4．感应同步器的特点 (1)精度高 目前直线感应同步器的精度可达±0.001mm，重复精度0.0002mm，灵敏度0.00005mm。 (2)工作可靠，抗干扰性强 (3)维修简单、寿命长 (4)测量距离长 (5)工艺性好、成本低、便于成批生产
三 、 光栅位置检测装置
光栅用于数控机床作为检测装置，用以测量长度、角度、 速度、加速度、振动和爬行等。它是数控机床闭环系统中用 得较多的一种检测装置。
1．直线透射光栅的组成 光栅位置检测装置由光源、长光栅(标尺光栅)、短光栅(指示光栅)、 光电接收元件等组成。长光栅随运动部件移动，要求与行程等长。短光 栅则常固定在机床的相应部件上。长、短光栅保持一定间隙(0.05～ 0.1mm)重叠在一起，短光栅在自身的平面内旋转一个很小的角度。