《数控机床与维护 教学课件 ppt 作者 任级三 孙承辉第4章 4章1节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床与维护 教学课件 ppt 作者 任级三 孙承辉第4章 4章1节（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,第四章 数控机床的伺服驱动系统,一、开环步进驱动系统的基本原理 它主要由步进电动机及其驱动线路组成 。 图4-1为开环步进驱动系统构成原理图,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,二、步进电动机的种类及其工作原理,步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移的执行元件。其最大缺点在于其容易失步，特别是在大负载和速度较高的情况下更容易发生。 目前，步进电动机主要应用在经济型数控机床的进给驱动系统中，一般采用开环的控制方式。也有用步进电动机驱动的数控机床中同时采用了位置检测元件，构成了带有反馈补偿的半闭环驱动控制方式。,第四章 数
2、控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统, 反应式步进电动机,图4-2 反应式步进电动机工作原理图,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,它的定子上有6个极，每个极上都装有控制绕组，每两个相对的极组成一相。转子是四个均匀分布的齿，上面没有绕组。当U相绕组通电时,因磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，将使转子1、3和定子极U、U对齐，如图4-2a所示。U相断电、V相绕组通电时，转子将在空间转过角，=30，使转子齿2、4和定子极V、V对齐。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,如图4-2b所示。同理当V相断电，W
3、相绕组通电时，转子又将在空间转过30角，使转子齿1、3和定子极W、W对齐，如图4-2c所示，如此循环往复，并按U-V-W-U的顺序循环通电，电动机便按一定的方向转动,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,三相步进电动机除了单三拍工作方式外，还经常工作在三相六拍工作方式。这时通电顺序为：U-UV-V-VW-WU-U，或为U-UW-W-WV-V-VU-U。也就是说，先接通U、V相绕组；然后断开U相绕组，使V相组单独接通；再同时接通V、W相绕组，依此进行。在这种工作方式时，定子三组绕组需经过六次切换才能完成一个循环，故称为“六拍”，而且在通电时，有时是单个绕组接通，
4、有时又为两个绕组同时接通，因此称为“三相六拍”，如图4- 3所示。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,三相步进电动机除了单三拍工作方式外，还经常工作在三相六拍工作方式。这时通电顺序为：U-UV-V-VW-WU-U，或为U-UW-W-WV-V-VU-U。也就是说，先接通U、V相绕组；然后断开U相绕组，使V相组单独接通；再同时接通V、W相绕组，依此进行。在这种工作方式时，定子三组绕组需经过六次切换才能完成一个循环，故称为“六拍”，而且在通电时，有时是单个绕组接通，有时又为两个绕组同时接通，因此称为“三相六拍”，如图4-3所示。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,
5、第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,图4-3 三相六拍步进电机工作原理图,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,图4-4所示的结构是最常见的一种小步距角的三相反应式步进电动机 它的定子上有6个极，上面装有绕组并接成U、V、W三相。转子上均匀分布着40个齿,定子每段极弧上也各有5个齿,定子转子的齿宽和齿距都相同.当U相绕组通电时,电动机中产生沿U极轴线方向的磁场,因磁通要按磁阻最小的路径闭合,就使转子受到反应转矩的作用而转动,直到转子齿和定子U极上的齿对齐为止 。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,图4-4小步距步进电动
6、机原理图,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统, 混合式步进电动机,混合式步进电动机与反应式步进电动机一样，也由定子和转子两部分组成。下面以两相混合式步进电动机为例说明其工作原理。 两相混合式步进电动机的定子一般有8个极或4个极，极上面均匀分布一定数量的小齿，极上的线圈都能以两个方向通电，形成U相和相、V相和相。它的转子也由圆周上均匀分布一定数量小齿的两块齿片等组成。这两块齿片相互错开半个齿距（如图4-6所示）,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,图4-6 转子磁钢产生的磁通回路,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开
7、环 步 进 驱 动 系 统,图4-7 混合式步进电动机剖面图,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,如图4-7所示，是在电动机x、y处剖开的剖面。每相绕组绕在8个定子磁极中的4个极上，如：U相绕组绕在1、3、5、7磁极上，则V相绕组绕在2、4、6、8磁极上，而且每相邻的磁极以相反方向绕，即如果U相绕组流过正向电流，则3和7磁极的磁场径向向外，而1和5磁极的磁场径向向内。V相与U相的情况类似 。,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,对于给定的步进电动机体积，混合式步进电动机产生的转矩比反应式步进电动机的大，加上混合式步进电动机的步距角常做得较小，因此在工作空
8、间受到限制而需要小步距角和大转距的应用中，常常可选用混合式的步进电动机混合式步进电动机的绕组未通电时，转子永久磁钢产生的磁通能产生自定位转矩，虽然这比绕组通电时产生的转矩小得多，但它可使步进电动机在断电时，仍能保持转子的原来位置。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,三、 步进电动机的特性,1 静特性 所谓静态是指步进电动机不改变通电状态，转子不动时的状态。步进电动机的静态特性主要指静态矩角特性和最大静转矩特性。 （1）静态矩角特性 描述步进电动机静态电磁转矩T与失调角之间关系的特性曲线称为矩角特性。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进
9、驱 动 系 统,图4-8 步进电动机矩角特性,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,（2）最大静态转矩,如图4-8所示，矩角特性上电磁转矩的最大值称为最大静态转矩。它与通电状态及绕组内电流的值有关。在一定通电状态下，最大静转矩与绕组内电流的关系，称为最大静转矩特性。当控制电流很小时，最大静转矩与电流的平方成正比，当电流稍大时，受磁路饱和的影响，最大转矩上升变缓，电流很大时，曲线趋向水平。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,图4-9步进电机最大静转矩特性,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统
10、,2 动特性,步进电动机运行时总是在电气和机械过渡过程中进行的，因此对它的动特性有很高的要求，步进电动机的动特性将直接影响到系统的快速响应以及工作的可靠性 (1) 矩频特性 步进电动机的最大动态转矩和脉冲频率的关系称为矩频特性，图4-10,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,图4-10 步进电动机矩频特性,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,图4-11 启动频率与负载的关系,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,步进电动机的连续工作频率又称运行频率。它是指步进电动机起动后，当控制脉冲连续发
11、出时，能不失步运行的最高频率。影响运行频率的因素与影响起动频率的因素基上相同，但是转动惯量对运行频率的影响不像对起动频率的影响那么明显，它仅影响到频率连续上升的速度。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,一、直流（DC）伺服电动机及其特性 直流伺服电动机 直流伺服电动机通过电刷和换向器产生的整流作用，使磁场磁动势和电流磁动势正交，从而产生转矩，其电枢大多为永久磁铁。 直流伺服电动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。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,第一节 开 环 步 进 驱 动 系 统,（2）工作频率,步进电动机的工作频率是指电动机按指令的要求进行正常工作时的最大脉冲频率。所谓正常工作就是说步进电动机不失步地工作，即一个脉冲就移动一个步距角。失步包括丢步和越步 . 步进电动机的工作频率，通常分为起动频率、制动频率及连续工作频率。,第四章 数控机床的伺服驱动系统,
