大惯量宽调连直流伺服电机
机电一体化概述
单元一机电一体化概述1. 1. 1机电一体化的定义“机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
”“机电一体化”是将机械技术、微电子技术、信息技术等多门技术学科在系统工程的基础上相互渗透、有机结合而形成和发展起来的一门新的边缘技术学科。
1. 1. 3机电一体化的内容机电一体化包含了技术和产品两方面的内容，首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。
1. 1. 4机电一体化的特点机电一体化产品的显著特点是多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又具有轻、薄、细、小、巧的优点，其目的是不断满足人们生产生活的多样性和省时、省力、方便的需求。
1. 2机电一体化系统的基本组成1. 2. 1机电一体化系统的功能组成传统的机械产品主要是解决物质流和能量流的问题，而机电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流的问题。
机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量与信息(即所谓工业三大要素)按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。
机电一体化系统的主功能包括变换(加工、处理)、传递(移动、输送)、储存(保持、积蓄、记录)三个目的功能。
主功能也称为执行功能，是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。
机电一体化系统还应具备动力功能、检测功能、控制功能、构造功能等其他功能。
加工机是以物料搬运、加工为主，输入物质(原料、毛坯等)、能量(电能、液能、气能等)和信息(操作及控制指令等)，经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系统(或产品)。
动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主，输入能量(或物质)和信息，输出不同能量(或物质)的系统(或产品)。
信息机是以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息(如数据、图像、文字、声音等)的系统(或产品)。
1. 2. 2机电一体化系统的构成要素机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成，各部分之间通过接口相联系。
伺服电机_百度百科
⑸同功率下有较小的体积和重量。
自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧只瘮或抟旌鲜綌、撊只瘮理 历史 生活 社会 艺术 人物 经济 科学 体育 核心用户 NBA
伺服电机科技名词定义
中文名称：伺服电机 英文名称：servo motor
定义：转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压
以生产机床数控装置而著名的日本法那克（Fanuc）公司，在20世纪80年代中期也推出了S系列（13个规格）和L系列（5个规格）的永磁交流伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。
日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石电机（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。
六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24％降低到7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。
第一章-直流伺服电机
图1-1 电枢控制原理图
控制方式
2．磁场控制
电枢绕组电压保持不变，变化励磁回路旳电压。若电 动机旳负载转矩不变，当升高励磁电压时，励磁电流 增长，主磁通增长，电机转速就降低；反之，转速升 高。变化励磁电压旳极性，电机转向随之变化。 尽管磁场控制也可到达控制转速大小和旋转方向旳目 旳，但励磁电流和主磁通之间是非线性关系，且伴随 励磁电压旳减小其机械特征变软，调整特征也是非线 性旳，故少用。
1.2.2 运营特征
（2）电枢电压对机械特征旳影响
n0和Tk都与电枢电压成正比，而斜率k则与电枢电压无关。 相应于不同旳电枢电压能够得到一组相互平行旳机械特征曲线。
直流伺服电动机由放大器供电时， 放大器能够等效为一种电动势源 与其内阻串联。内阻使直流伺服 电动机旳机械特征变软。
图 1-3 不同控制电压时旳机械特征
较小、 电枢电阻 Ra 较大、转动惯量 J 较大
时是这种情况。
图1-6 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
(2)
当
4 e
m
时，由
p1，.2
1 2 e
1
1 4 e m
， p1 和
p2
两根是共轭复数。
在过渡过程中，转速和电流随时间旳变化是周期性旳。
由e
La Ra
和m
2JRa 60CeCt
2
可知，电枢
电感 La 较大、 电枢电阻 Ra 较小、转动
惯量 J 较小时，就会出现这种振荡现象。
图1-7 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
⑶ 当4 e m 时（多数情况满足这一条件）， e 很小能够忽视不计。
于是式
m e
直流伺服电机
（6.8）
§6.4 直流伺服电机
（三）永磁直流伺服电机的工作特性
1. 永磁直流伺服电机的性能特点 1) 低转速大惯量 2) 转矩大 3) 起动力矩大 4) 调速泛围大，低速运行平稳，力矩波动小
2. 永磁直流伺服电机性能用特性曲线和数据表描述 1) 转矩-速度特性曲线（工作曲线） 2) 负载-工作周期曲线
O
TL TS T
图6.7 直流电机的机械特性
§6.4 直流伺服电机 （二）一般直流电机的工作特性
2. 动态特性 直流电机的动态力矩平衡方程式为
TM TL J d
dt
式中
TM ─电机电磁转矩； TL ─ 折算到电机轴上的负载转矩；
ω ─ 电机转子角速度；
J ─ 电机转子上总转动惯量；
t ─时间自变量。
工作原理：
T1 和T4 同时导通和关断，其基极驱动电压Ub1= Ub4。T2和T3同
时导通和关断，基极驱动电压Ub2= Ub3 = –Ub1。以正脉冲较宽为例， 既正转时。 负载较重时： ①电动状态：当0≤t ≤ t1时， Ub1、Ub4为正， T1 和T4 导通；Ub2、Ub3 为负， T2和T3截止。电机端电压UAB=US，电枢电流id= id1，由US→ T1 → T4 → 地。 ②续流维持电动状态：在t1 ≤t ≤ T时， Ub1、Ub4为负， T1 和T4截止； Ub2、Ub3 变正，但T2和T3并不能立即导通，因为在电枢电感储能的 作用下，电枢电流id= id2，由D2→ D3续流，在D2、 D3 上的压降使T2 、 T3的c-e极承受反压不能导通。 UAB=-US。接着再变到电动状态、续流 维持电动状态反复进行，如上面左图。 负载较轻时： ③反接制动状态，电流反向：② 状态中，在负载较轻时，则id小，续流
数控机床伺服系统的分类
数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按控制原理和有无检测反馈环节分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统；按使用的执行元件分为电液伺服系统和电气伺服系统。
1.按用途和功能分：(1)进给驱动系统：是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的力矩。
主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。
进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。
(2)主轴驱动系统：用于控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围；它只是一个速度控制系统。
2.按使用的执行元件分：(1)电液伺服系统其伺服驱动装置是电液脉冲马达和电液伺服马达。
其优点是在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳；其缺点是液压系统需要供油系统，体积大、噪声、漏油等。
（2）电气伺服系统其伺服驱动装置伺服电机（如步进电机、直流电机和交流电机等）。
其优点是操作维护方便，可靠性高。
其中，1）直流伺服系统其进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺服电机。
其优点是调速性能好；其缺点是有电刷，速度不高。
2）交流伺服系统其进给运动系统采用交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。
优点是结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作；动态响应好、转速高和容量大。
3.按控制原理分（1）开环伺服系统系统中没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。
开环伺服系统的特点：1. 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。
2. 无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。
步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度。
直流(DC)与交流(AC)伺服电机及驱动
目录直流（DC）与交流（AC）伺服电机及驱动 (1)1.直流(DC)伺服电机及其驱动 (1)（1）直流伺服电机的特性及选用 (1)（2）直流伺服电机与驱动 (2)（3）PWM直流调速驱动系统原理 (3)2.交流(AC)伺服电机及其驱动 (4)直流（DC）与交流（AC）伺服电机及驱动1.直流(DC)伺服电机及其驱动（1）直流伺服电机的特性及选用直流伺服电机通过电刷和换向器产生的整流作用，使磁场磁动势和电枢电流磁动势正交，从而产生转矩。
其电枢大多为永久磁铁。
直流伺服电机具有较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性等优点。
但由于使用电刷和换向器，故寿命较低，需要定期维修。
20世纪60年代研制出了小惯量直流伺服电机，其电枢无槽，绕组直接粘接固定在电枢铁心上，因而转动惯量小、反应灵敏、动态特性好，适用于高速且负载惯量较小的场合，否则需根据其具体的惯量比设置精密齿轮副才能与负载惯量匹配，增加了成本。
直流印刷电枢电动机是一种盘形伺服电机，电枢由导电板的切口成形，导体的线圈端部起换向器作用，这种空心式高性能伺服电机大多用于工业机器人、小型NC机床及线切割机床上。
宽调速直流伺服电机的结构特点是励磁便于调整，易于安排补偿绕组和换向极，电动机的换向性能得到改善，成本低，可以在较宽的速度范围内得到恒转速特性。
永久磁铁的宽调速直流伺服电机的结构如下图所示。
有不带制动器a和带制动器b两种结构。
电动机定子(磁钢)1采用矫顽力高、不易去磁的永磁材料(如铁氧体永久磁铁)、转子(电枢)2直径大并且有槽，因而热容量大，结构上又采用了通常凸极式和隐极式永磁电动机磁路的组合，提高了电动机气隙磁通密度。
同时，在电动机尾部装有高精密低纹波的测速发电机，并可加装光电编码器或旋转变压器及制动器，为速度环提供了较高的增量，能获得优良的低速刚度和动态性能。
日本发那科(FANUC)公司生产的用于工业机器人、CNC机床、加工中心(MC)的L系列(低惯量系列)、M系列(中惯量系列)和H系列(大惯量系列直流伺服电机）。
直流电动机伺服系统概述
6.4 直 流 电 动 机伺 服系统
1)静态特性
一般励磁式直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上，由励
磁绕组和磁极建立磁场，电枢绕组作为通电导体切割磁力线，产生电
磁转矩，转矩的大小正比于电机中气隙磁场和电枢电流，电磁转矩由
下式表示:
T CT Ia
(6-4)
式中：CT－转矩常数；
φ－磁场磁通；
在改变转速时，要求在速度指令发出后，电动机的转速能以最 大的加减速度达到新的指令速度值，在速度指令值不变时，要求电 动机速度保持恒定。直流伺服电动机的机械特性比较软，在外加电 压不变时，电动机的转速随负载的变化而变化。对电动机的调速， 要求在负载变化时或电动机驱动电源电压波动时保持电动机的转速 稳定不变。
6.4 直 流 电 动 机伺 服系统
1. SCR系统的组成 SCR调速系统组成框图如图6-29所示。 1）控制回路：速度环、电流环、触发脉冲发生器等。 2）主回路：可控硅整流放大器等。 3）速度环：速度调节。作用：好的静态、动态特性。 4）电流环：电流调节。作用：加快响应，启动、低频稳定等。 5）触发脉冲发生器：产生移相脉冲，使可控硅触发角前移或后移。 6）可控硅整流放大器：整流、放大、驱动，使电动机转动。
2. 性能特点与特性曲线 普通型大惯量宽调速永磁直流伺服电机的工作原理与一般励磁式
直流电机基本相同，但磁场的建立由永久磁铁实现，当电流通过电枢 绕组时，电流与磁场相互作用，产生感应电势、电磁力和电磁转矩， 使电枢旋转。永磁直流伺服电机特性原则上与一般直流电机相同，但 有很大的改进和变化，已不能简单的用电压、电流、转矩等参数来描 述，需用数据表和特性曲线来描述，使用时要查阅这些表和特性曲线 。
(6-6)
Ua Ce
数控机床论文
摘要为了适应机械行业的发展趋势，简化一般工厂中工人的劳动量，在本设计中应用简单的数控系统设计。
就实际情况分析，一般的机械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要高精密的数控系统，但考虑一般机械系统实现自动化生产相对比较困难，而且实现起来相当复杂，设备比较庞大。
然而这些问题可以在一个非常简单的数控系统中很容易的得到很好的解决。
随着微型计算机系统的发展，性能的不断提高，大范围应用的普及，应用一个简单的数控系统来完成一般的工作，在一般的小型工厂中足可以实现。
本次设计的铣床，除了能进行铣削加工，主轴上安装不同的刀具时，还可以进行钻孔或攻丝加工。
所以我们采用了如下的设计方案：进给系统采用大惯量宽调速直流伺服电动机，滚珠丝杠，双螺母垫片调整预紧间隙，导轨副采用直线滚动导轨副，主传动系统采用无级调速电机。
在设计过程中，我得到了老师的精心指导，帮我收集了很多我无法找到的资料。
袁老师在完成繁重的教学任务之余，经常拖着疲惫的身体，对我们的工作进行仔细地审查，针对我们的情况，进行了耐心的讲解，从设计的原理到结构功能，做出了大量的指导性工作，使我们对所要设计的课题有了更深的了解，在这里也要感谢同组同学的热心帮助，同学们总是微笑着面对我的提问，耐心讲解，使我对有些问题有更加清楚的认识。
关键词：总体结构布局铣床传动方式主传动系统进给系统AbstractIn order to adapt to the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system design. On the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to complete its work, do not need high-precision numerical control system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very complex to achieve, equipment relatively large. However, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good solution. With the development of micro-computer system, the continuous improvement of performance, large-scale application of the universal application of a simple numerical control system to complete the work in general, the small factories in general can be achieved in full.The processing center, in addition to a milling, spindle installed on a different tool, can also carry out drilling or tapping processing. Therefore, we have adopted the design of the programmes are as follows: feeding system using the inertia of wide speed range DC servo motor, ball screw, double-nut pads adjust preload gap, the rails of a rail line rolling deputy, the main drive system adopts the - Speed Motor.In the design process, I was given the careful guidance of teachers Hsu, To help me collect a lot I can not find the information. Yuan teachers completed the arduous task of teaching, while towing tired of the daily physical, to our work carefully review the situation against us, on a patient, from design to the principles of structure and function, to A lot of guidance, so that we have to design the machine gained a deeper understanding of the same group here also like to thank the enthusiastic help students, the students have always smiling faceof my question, patiently explained to me for some The problem is more clear understanding.Keywords：The overall structure layout Transmission Feed system Main drive system目录1绪论 (2)1.1数控机床的产生及发展 (2)1.2数控机床的组成及分类 (3)1.3数控机床的特点 (3)2设计的主要参数及基本思想 (4)2.1 课题要求 (4)2.2 总结构设计 (4)2.3 铣床总布局的确定 (5)3数铣床的设计和计算 (6)3.1 主传动系统的设计 (6)3.2 进给系统的设计 (9)3.3 进给系统的计算 (10)4 数控系统的介绍及选择 (10)4.1数控及计算机数控 (10)4.2 计算机数控系统的内部工作过程 (10)4.3数控系统的特点 (11)5 夹具的选择及介绍 (11)5.1 数控铣床夹具介绍 (11)5.2 技术要求 (12)5.3 对夹具零部件的要求 (13)结论 (15)致谢 (16)参考文献 (17)1绪论机械制造业是国民经济的支柱产业。
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大惯量宽调连直流伺服电机
大惯量宽调连直流伺服电机是一种常见的电机类型，它具有较大的惯量和宽调速范围的特点。
本文将从以下几个方面介绍大惯量宽调连直流伺服电机的原理、特点、应用及发展趋势。
一、大惯量宽调连直流伺服电机的原理
大惯量宽调连直流伺服电机是由直流电机和伺服控制系统组成的。
直流电机是一种将直流电能转换为机械功的电动机，其工作原理是利用电流通过电枢产生磁场，与永磁体磁场相互作用，产生转矩使电机运转。
伺服控制系统是指通过传感器采集电机的位置、速度和加速度信息，经过控制算法处理后输出控制信号，控制电机的转速和位置。
大惯量宽调连直流伺服电机通过调节控制信号的幅值和频率，实现对电机转速和位置的精确控制。
1.较大的惯量：大惯量是指电机转子转动惯量较大，能够存储较多的机械能，具有较好的动态响应性能。
大惯量宽调连直流伺服电机适用于对转速和位置要求较高的应用场合。
2.宽调速范围：大惯量宽调连直流伺服电机的调速范围较广，能够实现低速高扭矩和高速低扭矩的输出。
这种特性使得它在需要频繁变速和精确控制的场合具有优势。
3.高精度控制：大惯量宽调连直流伺服电机具有较高的控制精度，能够实现对电机转速和位置的精确控制。
这对于一些对控制精度要求较高的应用来说非常重要。
4.稳定性好：大惯量宽调连直流伺服电机在工作过程中具有较好的稳定性，能够稳定输出所需的转速和位置，不易受外界干扰影响。
三、大惯量宽调连直流伺服电机的应用
大惯量宽调连直流伺服电机广泛应用于机械设备、自动化生产线、机器人以及航空航天等领域。
下面以几个典型的应用场景为例进行介绍。
1.机床：大惯量宽调连直流伺服电机在机床上的应用非常广泛，可以实现对工件的高精度加工和复杂轮廓的切削，提高机床的加工效率和精度。
2.机器人：大惯量宽调连直流伺服电机在机器人中的应用主要体现在关节驱动和末端执行器的驱动上，可以实现机器人的高速、高精度的运动，提高机器人的工作效率和操作精度。
3.自动化生产线：大惯量宽调连直流伺服电机在自动化生产线上的应用非常广泛，可以实现对生产过程中的各种参数的精确控制，提高生产线的生产效率和质量。
四、大惯量宽调连直流伺服电机的发展趋势
随着科学技术的不断发展和应用需求的不断提高，大惯量宽调连直流伺服电机也在不断发展和创新。
未来的发展趋势主要体现在以下几个方面。
1.集成化：大惯量宽调连直流伺服电机将更加趋向于集成化设计，通过优化结构和降低体积，实现更高的功率密度和更小的体积。
2.智能化：大惯量宽调连直流伺服电机将更加智能化，通过集成传感器和控制算法，实现自动识别和智能控制，提高工作效率和可靠性。
3.节能环保：大惯量宽调连直流伺服电机将更加注重节能环保，通过优化设计和控制算法，降低能耗和排放，提高能源利用效率。
4.多功能性：大惯量宽调连直流伺服电机将更加多功能化，通过集成多种功能模块和接口，实现多种应用需求的灵活切换和扩展。
大惯量宽调连直流伺服电机具有较大的惯量和宽调速范围的特点，广泛应用于机械设备、自动化生产线、机器人等领域。
随着科技的发展，大惯量宽调连直流伺服电机将趋向于集成化、智能化、节能环保和多功能化的方向发展。