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1、第四章 数控机床的伺服驱动与检测,主要内容：1、步进电动机2、进给伺服电动机直流伺服电动机；交流伺服电动机。3、常用位置检测装置,第一节、概述,本节学习要求：.理解伺服系统的概念.了解伺服系统的组成.掌握数控机床对伺服系统的要求 数控机床动力源：主要是电动机。 一伺服系统的概述及组成.伺服系统的概念 是一种以机床移动部件的位置和速度为控制对象的自动控制系统,第一节、概述,.伺服系统的基本组成 ）开环伺服系统的基本组成：）闭环伺服系统的基本组成：,进给指令,驱动控制单元,执行单元,机床工作台,第一节、概述,二数控机床对进给伺服系统的要求 .稳定性：较强的抗干扰能力 .准确性：有较高的定位精度和重
2、复定位精度 .响应快速且无超调：一般小于200ms .宽的调速范围：10000,且0.1/mmFMIN1mm/min.,第二节、步进电动机的驱动与应用,本节学习要求：一班 .了解步进电动机的分类 .理解步进电动机的工作原理 .掌握步进电动机的通电方式与步距角的关系 .理解步进电动机的技术特性 .掌握系列步进电动机驱动器的性能及常见故障的排除,一步进电动机概述 .工作原理：步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号转换成线位移或角位移的电动机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。,特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，改变转
3、动方向。(4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比。,第二节、步进电动机的驱动与应用,第二节、步进电动机的驱动与应用,缺点：最大缺点是失步。失步包括丢步和越步。丢步：指转子前进的步数小于电脉冲数；越步：指转子前进的步数多于电脉冲数； 在大负载和转速较高时，更容易发生失步。 步进电机主要用于经济型数控机床的进给驱动。,以反应式三相步进电机为例说明步进电机的结构和原理。,.通常按励磁方式分为三大类：,1）反应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应用最广。 2）永磁式：转子的极数=每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大。 3）感应子式(混合式)： 开小齿，混合式步进电机优点：转矩大、动态性能好
4、、步距角小。,二步进电机的种类,.步进电动机的步距角：,步进电动机绕组通、断电状态改变一次，其转子所转过的角度称为步距角，用a来表示 .步进电动机的通电方式：）步进电机的三个重要概念转角由脉冲数产生转速由脉冲频率产生转向由方向信号决定,整步 半步,）步进电机的基本工作方式,A,B,）步进电机的细分工作方式,）三相反应式步进电动机结构,注意：步进电机通的是直流电脉冲,步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成。定、转子铁心由软磁材料或硅钢片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相等。其中定子有六个磁极, 定子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，每两个相对的磁极为一相，
5、组成一相控制绕组,转子上没有绕组。转子上相邻两齿间的夹角称为齿距角。假设转子上有四个齿，则相邻两齿间夹角（齿距角）为900.,图-1 三相反应式步进电机结构,步进电机是按电磁吸引的原理进行工作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三对磁极就依次产生磁场，每次仅对转子的某一对齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步转动。当转子某一对齿的中心线与定子磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。如果控制线路不停地按一定方向切换定子绕组各相电流，转子便按一定方向不停地转动。步进电机每输入一个脉冲电信号，转子转过的角度称为步距角。,）工作方式,步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、双六拍；三相
6、双三拍等。“单”是指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指每三次换接为一个循环。,一、三相单三拍,（1）三相绕组联接方式：Y 型,（3）工作过程,A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。,B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；,C相通电再转30,这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。,三相单三拍的特点：,（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步距角，用S表示。,（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。,三相单三拍的缺点：由于每次只有一相绕组通电，在切换瞬间将失去自锁转矩，容易失
7、步； 另外，只有一相绕组通电，易在平衡位置附近产生振荡，稳定性不佳，故实际应用中不采用单三拍工作方式。,二、三相单、双六拍,三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA 共六拍。,工作过程：,A相通电，转子1、3齿和A相对齐。,所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了15。,（1）BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针方向转动。,A、B相同时通电,（2）AA 磁场继续对1、3齿有拉力。,总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为15。,B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。,三、三相双三拍,三相绕组的通电顺序为：AB BC CA AB
8、共三拍。,工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转30，即 S = 30。,步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距角。,N:一个周期的运行拍数,即通电状态循环一周需要改变的次数 Zr：转子齿数,如：Zr=40 , N=3 时,步距角,单拍制：相邻两次通电相数相同 双拍制：相邻两次通电相数不同,.静态转矩 .步距角a .步距角误差 .最大空载启动频率 .最高工作频率 .运行矩频特性,二步进电动机的主要技术特性,三步进电动机的驱动,步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成。,.系列步进电动机驱动器的性能,1）型号说明：:产品标志(驱动器):反应式步进电动机：三相电动机：细分类别，为、5、10、20细分；为1、4、8、16细分10:每相输出电流值，05=5A,06=6A,08=8A,10=10A 2)接口信号说明/: 脉冲或正转脉冲信号(正端)输入: 脉冲或正转脉冲信号(负端)输入/: 正向或反转脉冲信号(正端)输入/: 正向或反转脉冲信号(负端)输入: 使能(功放)信号(负端)输入.: 初相位输出，有效时与 导通 : 报警输出，正常时与 导通，,
