1、部件的选择与计算,1.齿轮系传动比的最佳分配条件,2.合理非配级数和分配各级传动比,2.合理非配级数和分配各级传动比,例题,某机床x向进给系统减速器的总速比要求为25/6，取二级减速，试设计确定各齿轮的齿数,项目三 伺服系统,兰 子 奇,February 9, 2012,内容提要,常见执行装置,1.微动装置,（1）机械式微动装置,常见执行装置,1.微动装置,（2）热变形式微动装置,常见执行装置,1.微动装置,（3）磁致伸缩式微动装置,常见执行装置,1.微动装置,（4）电气机械式微动装置,常见执行装置,2.工业机器人末端执行期,（1）机械夹持器,常见执行装置,2.工业机器人末端执行期,（1）机械
2、夹持器,2.工业机器人末端执行期,（2）特种末端执行期,真空吸附手,电磁吸附手,设计：潘存云,3.静压轴承,工作原理：依靠供油装置，将高压油压入轴承间隙中，强制形成油膜。,特点：静压轴承在任何工况下都能胜任工作。,常用节流器,关键器件：节流器,节流器作用：根据外载荷的变化自动调节各油腔内的压力。,4. 空气轴承,空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有L-AN7润滑油的1/4000， 摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万转的超高速轴承。,空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。 分静压和动压两种。,气膜厚度-20 m,制造精度,严格过滤,优点：1)不随温度变化，可用于高温或低温；,2)没有油
3、污染的危险；,3)回转精度高，运行噪音低。,缺点：承载能力不大，密封困难。,应用：液压系统用于需大的功率重型设备气动用于工件夹紧、输送等自动化生产线电动应用最广泛,5.执行元件特点,6.伺服电机控制方式,6.伺服电机控制方式,它与普通电动机一样，也是由定子和转子构成，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，定子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。图6-1所示的步进电动机可构成A、B、C三相控制绕组，故称三相步进电动机。,1.步进电动机的结构和工作原理,1-绕组 2-定子铁心 3-转子铁心 图6-1 反
4、应式步进电动机结构原理图,1.步进电动机工作原理,图 8-5 反应式步进电动机三相单三拍运行 a. A相接通； b. B相接通； c. C相接通,（1）步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步距角； （2）改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变； （3）步进电动机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高； （4）步进电动机步距角与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有关，可用下式表示：= 360/mzk 式中m相m拍时，k=1；m相2m拍时，k=2。 对于图6-1所示的单定子、径向分
5、相、反应式步进电动机，当它以三相三拍通电方式工作时，其步距角为=360/341=30 若按三相六拍通电方式工作，则步距角为=360/342=15步距角：常见的步距角0.60/1.20 , 0.750/1.50 , 0.90/1.80 ,10/20, 1.50/30 等。,2.步进电动机特点,例1：三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。 (1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少? (2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?,h,例：三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。 (1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为
6、多少? (2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?,作业,3.步进电机分类,反应式步进电机：定子转子均有铁心组成，转子无绕组，步进运行由定子绕组通电历磁产生的反应力矩作用实现。特点：结构简单，工作可靠，运行频率高，步距角小。应用：数控设备，机器人。 永磁式步进电机：转子用永磁铁，靠与定子产生电磁力特点：控制功率小，效率高，造价低，但步距角大。应用：记录仪，空调机。 混合式步进电机：转子有齿，带固定极性。特点：步距角小，工作频率高，控制功率小。但结构复杂，成本高。,步进电机,4.驱动电路,5.脉冲分配,5.脉冲分配,软件脉冲分配,软件环形分配器的设计方法有很多，如查
7、表法、比较法、移位寄存器法等，它们各有特点，其中常用的是查表法。,6、步进电动机的功率放大,（1）单电压功率放大电路 此电路的优点是电路结构简单，不足之处是Rc消耗能量大，电流脉冲前后沿不够陡，在改善了高频性能后，低频工作时会使振荡有所增加，使低频特性变坏。,（2）高低电压功率放大电路,电源U1为高电压，电源大约为80150V，U2为低电压电源，大约为520V。在绕组指令脉冲到来时，脉冲的上升沿同时使VT1和VT2导通。由于二极管VD1的作用，使绕组只加上高电压U1，绕组的电流很快达到规定值。到达规定值后，VT1的输入脉冲先变成下降沿，使VT1截止，电动机由低电压U2供电，维持规定电流值，直到
8、VT2输入脉冲下降沿到来VT2截止。 不足之处是在高低压衔接处的电流波形在顶部有下凹，影响电动机运行的平稳性。,6、步进电动机的功率放大,该电路的特点是工作时Vin端输入方波步进信号：当Vin为“0”电平，由与门A2输出Vb为“0”电平，功率管（达林顿管）VT截止，绕组W上无电流通过，采样电阻上R3上无反馈电压，A1放大器输出高电平；而当Vin为高电平时，由与门A2输出的Vb也是高电平，功率管VT导通，绕组W上有电流，采样电阻上R3上出现反馈电压Vf，由分压电阻R1、R2得到设定电压与反馈电压相减，来决定A1输出电平的高低，来决定Vin信号能否通过与门A2。若VrefVf时Vin信号通过与门，
9、形成Vb正脉冲，打开功率管VT；反之，VrefVf时Vin信号被截止，无Vb正脉冲，功率管VT截止。这样在一个Vin脉冲内，功率管VT会多次通断，使绕组电流在设定值上下波动。,6、步进电动机的功率放大,（3）斩波恒流功放电路,步进电机驱动电源总结,作用：对控制脉冲进行功率放大，以使步进电机获得足够大的功率驱动负载运行。 1、步进电机是用脉冲供电，且按一定工作方式轮流作用于各相励磁线圈上。 2、步进电机正反转是靠给各相励磁线圈通电顺序变化来实现的。 3、速度控制是靠改变控制脉冲的频率实现的。 4、在通电脉冲内使励磁线圈的电流能快速建立，而在断电时电流能快速消失。,五、步进电机的选择,1、步距角的
10、选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机）等。 2、静力矩的选择 （1）根据机械结构草图计算机械传动装置及负载折算到电动机轴上的等效负载转动惯量。 （2）计算各种工况下所需的等效力矩。 （3）根据步进电机最大静转矩和起动、运行矩频特性。TL/TMax0.5 JL/Jm4 3、电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲
11、线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）,一、交流伺服驱动系统的组成,一般闭环伺服系统的结构是一个三环结构系统，外环 是位置环，中环是速度环，内环为电流环。,位置调节,CNC,速度调节,电流调节,转换驱动,电流反馈,速度反馈,位置反馈,工作台,M,G,二、闭环位置控制的实现,插补程序输出X，新的指令位置X+X与计数器中的 实际位置XF进行比较，其差值经增益放大，并由D/A转换为 模拟电压，使工作台向误差减小的方向移动。,插补结果,新指令位置,计数器,Kc,数模转换,接受电路,CNC,接口电路,-,+,三、交流伺服电动机,1、结构(永磁同步电机) 主要由：定子1、转子5和检测元件8等几部
12、分组成。,1,2,3,4,1,5,6,7,8,9,2、工作原理,3、主要特性参数额定功率额定转矩额定转速瞬时最大转矩最高转速电动机转子惯量,四、检测元件,1、光栅尺通常由标尺光栅1、指示光栅4、光源2、光电二极管3等元件组成。,2、光电编码器通常由光电码盘4、光源5、透镜6、光栅板7、光敏元件8等元件组成。,信号处理电路,五、进给伺服系统的连接,1、模拟式伺服系统连接SINUMERIC 810数控系统、SIMODRIVE 611A进给驱动模块、1FT5伺服电机之间的连接。,2、伺服系统的参数速度环增益零点漂移测速反馈深度滞后时间常数位置环增益精停和粗停允差反向间隙补偿丝杠螺距误差补偿,项目二 进给伺服驱动系统,3、全数字式伺服系统CNC系统与伺服驱动之间传递的信息包括：位置、速度、扭矩等，伺服驱动装置可独立完成位置控制。,单元三 闭环伺服系统的连接（录像）,项目二 进给伺服驱动系统,Fanuc 0i MB,项目二 进给伺服驱动系统,（Fanuc 0i MB）,
