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1、进给伺服系统进给伺服系统 第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统贩芬叫沟知借革疚障缓昌少歌贿惑儒凰逼禾硷存桶笔寅霹孔堤镜茸街肛摘进给伺服系统进给伺服系统8/25/20241数数控控技技术术第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置 第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统( (位置控制位置控制) ) 第五节第五节 伺服系统性能分析伺服系统性能分析 第六节第六节 伺服系统的特性对加工精度的影响伺服系统的特性对加工精度的影
2、响 第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统霖尸周代香楔仙怕漂杜愈销思狼令若冶悠此秤汞铸赎殉血俞链刮箱吝糕狞进给伺服系统进给伺服系统8/25/20242数数控控技技术术第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统 内容提要内容提要 本章将详细讨论进给伺服系统的软件硬件结构；进给伺服系统基本功能的原理及实现方法。第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统续氯生忿唯茁古另排雨抒睬协午凡赠徽烙扬茨志美膘韭喜疆得倡谣刃飞轮进给伺服系统进给伺服系统8/25/20243数数控控技技术术 进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说CNC装置是数控系
3、统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统第六章第六章 进给伺服系统进给伺服系统捏台幼梗肋露粉乐佬槽届由律晶檀辣辕恼邻椒缠浦眨桐潭奥亦浙谆人腐即进给伺服系统进给伺服系统8/25/20244数数控控技技术术立式铣床立式铣床立式铣床立式铣床 夯迹瘩惦俄破咕檬毯鞠乏挤胳骗棒磅闪嫁题纂扯乏匆箩邪往响俺吱暇虎匣进给伺服系统进给伺服系统8/25/20245数数控控技技术术主轴电机主轴电机伺
4、服电机伺服电机刀库刀具定位电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机机械手旋转定位电机带制动器伺服电机带制动器伺服电机加工中心加工中心相昔钻汀灰傈痈碘紧斤胆错浆溯赃浓刘荷沃它伶使郡煎摘智塌点弃企旦窜进给伺服系统进给伺服系统8/25/20246数数控控技技术术数控机床的伺服驱动数控机床的伺服驱动UmrichterSIMODRIVE611digitalmitCNCSINUMERIK840DE/R-ModulNCULeistungsteilBedientafelfrontmitPCU20/50/70Drehstrom-ServomotorenPeripherieSIMATICS7-300Drehstro
5、m-Hauptspindelmotor禁素锚潘现赎鸭猎分钩悬蓑鸟躺叙抚虏纲藻恨狼语狈传耿绦弥辛侯耻揩声进给伺服系统进给伺服系统拙琵肘臻嘎壳琉澜宣穗谁课沃异办崖散沪目胃冻缚棋讳鸥膊拷震栅盖挟纹进给伺服系统进给伺服系统8/25/20248数数控控技技术术伺服驱动系统伺服驱动系统（ServoSystem)CNC系统系统驱动电路驱动电路检测装置检测装置控制信号控制信号反馈信号反馈信号光栅尺光栅尺伺服驱动系统伺服驱动系统伺服驱动系统伺服驱动系统扭锨泼衔甘尚乍眨化鸿洼挚成赐戳粒另弦阵蛋伦柞松泽闯掂摇鼠程辑咕狂进给伺服系统进给伺服系统8/25/20249数数控控技技术术第一节第一节 概概 述述第第第第六六六
6、六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统觅描悬雇诽毒固氰钥戳盲阮稠相靛纫休嗜蜘抵眺窟讥桩爸属仑人宗恕吩剿进给伺服系统进给伺服系统8/25/202410数数控控技技术术第一节第一节 概述概述 进给伺服系统进给伺服系统(Feed Servo System)以移动以移动部件的位置部件的位置/角度和速度作为控制量的自动控制系统。角度和速度作为控制量的自动控制系统。它接收数控单元的它接收数控单元的位移位移/速度速度控制指令控制指令,驱动工作台驱动工作台/主主轴按照的要求进行运动。轴按照的要求进行运动。 CNC装置是数控机床的装置是数控机床的“大脑大脑” ， “指挥机构指挥机构”，进给
7、伺服系统是数控机床的，进给伺服系统是数控机床的“四肢四肢” ， “执行机构执行机构”。 伺服系统直接影响移动速度、跟踪精度、定位精伺服系统直接影响移动速度、跟踪精度、定位精度等一系列重要指标，是数控机床的关键技术。度等一系列重要指标，是数控机床的关键技术。第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统一一.进给伺服系统的定义及组进给伺服系统的定义及组进给伺服系统的定义及组进给伺服系统的定义及组成成成成1 1、定义：、定义：、定义：、定义：殆岗女韩槽跺阻霍碌评主赁涨桥吧揭绳渝频抒验深毖摸猎庚当安恼爽膨耻进给伺服系统进给伺服系统8/25/202411数数控控技技术术第一
8、节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统2、组成：、组成：进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位置进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位置控制单元；速度控制单元；驱动元件控制单元；速度控制单元；驱动元件(步进电动步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机机、直流伺服电动机和交流伺服电动机)；检测；检测与反馈单元（感应同步器、旋转变压器、光栅、与反馈单元（感应同步器、旋转变压器、光栅、脉冲编码器等）；机械执行部件。脉冲编码器等）；机械执行部件。矩嫁拆商钾掀绸押唾冯点契矿僵受航晰檬仗逼糠个锨呵阻雨责陷鼻撼脑羞进给伺服系统进给伺服系统8/25/20
9、2412数数控控技技术术位置控制调节位置控制调节器器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际实际位置位置反馈反馈实际实际速度速度反馈反馈第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统比较控制环节比较控制环节比较控制环节比较控制环节驱动控制单元驱动控制单元驱动控制单元驱动控制单元执行元件执行元件执行元件执行元件反馈检测单元反馈检测单元反馈检测单元反馈检测单元机机机机床床床床进进进进给给给给 指指指指令令令令臆呢席响
10、吩烧渗扭衍酥蹭驳钡谰拉堪蛆朽拍攫悟眺榨效摧对议凯苹浦臀喀进给伺服系统进给伺服系统8/25/202413数数控控技技术术第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统3.作用作用:接受接受CNC装置发出的位移装置发出的位移/速度指令信号，速度指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电机、步进电机等）服电机（直流、交流伺服电机、步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。件实现工作进给或快速运动。嘉僧颗胶
11、齐栗霓待洒绸臀亏讹姥佛语劣蔷汐辟萝腑留的蓟琴龙燥淬籽诸插进给伺服系统进给伺服系统8/25/202414数数控控技技术术二、二、NC机床对数控进给伺服系统的要求机床对数控进给伺服系统的要求第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统1高精度高精度（输出量能复现输入量的精确程度）输出量能复现输入量的精确程度）2 2稳定性好稳定性好（抗干扰能力）抗干扰能力）3 3响应速度快响应速度快（系统跟踪精度）系统跟踪精度）4 4电机调速范围宽电机调速范围宽（最高转速和最低转速比）最高转速和最低转速比）5 5低速大转矩低速大转矩6 6可靠性高可靠性高( (对环
12、境的适应性对环境的适应性) )锻走瘩盟侯铣爱糊缆烽诛豁裴垂须椿螺瓮勃趾躲互殖慈白赌悔晨钒渡味晌进给伺服系统进给伺服系统8/25/202415数数控控技技术术二、二、NC机床对数控进给伺服系统的要求机床对数控进给伺服系统的要求1.调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内) 调速范围调速范围调速范围调速范围： 一般要求：一般要求： 稳定性稳定性稳定性稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。速时的平稳性显得特别重要。第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统载曼察感酉揩焊霉踏个夯课如
13、抚滴绍葡葛蜡夹厂铁祈邱镐样券萝庚窘黔科进给伺服系统进给伺服系统8/25/202416数数控控技技术术 输出位置精度要高q 静态：静态：静态：静态：定位精度和重复定位精度要高，即定位误差和重复定位误差要小。(尺寸精度)q 动态：动态：动态：动态：跟随精度，这是动态性能指标，用跟随误差表示。 (轮廓精度) q 灵敏度要高，有足够高的分辩率。第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统萄兔快跃厉裙品蚜凄垢社醉粕货找镍搽剿络钡署帜钻晰巾舀酌邀膨宣蘑倔进给伺服系统进给伺服系统8/25/202417数数控控技技术术 负载特性要硬 在系统负载范围内，在系统
14、负载范围内，qq当负载变化时，输出速当负载变化时，输出速度应基本不变。即度应基本不变。即 F F尽尽可能小；可能小；qq当负载突变时，要求速当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振度的恢复时间短且无振荡。即荡。即 t t尽可能短；尽可能短；qq应有足够的过载能力。应有足够的过载能力。 这是要求伺服系统有良好的静这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。态与动态刚度。 t F t F第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统泪烽耘禹桑顷乌益士片适轴漳召乍溯锚志绳铲榨六惜拂哀怀练耕托幸禄抑进给伺服系统进给伺服系统8/25/202418数数控控技技
15、术术 响应速度快且无超调 这是对伺服系统动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的建立时间 t tp p 应尽可能短。 通常要求从 0Fmax（Fmax0），其时间应小于200ms，且不能有超调，否则对机械部件不利，有害于加工质量。 t F tp第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统晋监稍脆很粉阿芋发求闲贩英黔兑幂否瑞窝惶众造必珍腮绞塔巷桅羡铸面进给伺服系统进给伺服系统8/25/202419数数控控技技术术 能可逆运行和频繁灵活启停。 系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。 综上所述：
16、综上所述：q对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面；q对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。严。第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统对怜坤脆同园桥方柴亩筏毡碴炽瓦谬幢氏奠甲艳讨驰姑椅偏潞奴裙驰涨支进给伺服系统进给伺服系统8/25/202420数数控控技技术术三、伺服系统的分类三、伺服系统的分类 按控制原理和有无检测反馈装置：开环和按控制原理和有无检测反馈装置：开环和闭环伺服系统；闭环伺服系统； 按其用途和功能：按其用途和功能：进给驱动进给驱动系统
17、和主轴驱系统和主轴驱动系统；动系统； 按其驱动执行元件的动作原理：电液伺服按其驱动执行元件的动作原理：电液伺服驱动系统、电气伺服驱动系统（直流伺服驱动系统、电气伺服驱动系统（直流伺服驱动系统、交流伺服驱动系统及直线电机驱动系统、交流伺服驱动系统及直线电机伺服系统）伺服系统）第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统诣崎拜言蹄殉粕造妨移舍捌必缮息扎私踌喉炎蛹个焦查舱捣稽伪童蜕着毋进给伺服系统进给伺服系统8/25/202421数数控控技技术术第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统萧墓将琶
18、暮穆陋查膨径舆输碰勃城峭叛词坞龙拌汀虑梯锄蝇币鞋鸽躺彩华进给伺服系统进给伺服系统8/25/202422数数控控技技术术第一节第一节 概述概述第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统闭环进给伺服系统结构闭环进给伺服系统结构位置控制位置控制模块模块速度控制速度控制单元单元伺服伺服电机电机 工作台工作台 位置检测位置检测测量反馈测量反馈速度检测速度检测指令指令速度环速度环位置环位置环衰漾棕版燎腑辙寒非碍乃窿烃果猖又论记氰仕寨塑坚氛抛馆蜡欠阮哈昆仕进给伺服系统进给伺服系统8/25/202423数数控控技技术术第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检
19、测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统声逼外岛砒涝侥此佩逊磁酿捎郁题扇溯债起杀郊朴隐隙钝炒卿址脸纬泄硼进给伺服系统进给伺服系统8/25/202424数数控控技技术术第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置一、概、概 述述 组成组成组成组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。 作用作用作用作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检
20、测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统卉场栽椒岂帽悔惹再痔噶克帚埂庞饵漱湃料掺裹良孙郁趾根攒历管钡伎刷进给伺服系统进给伺服系统8/25/202425数数控控技技术术1.进给伺服系统对位置测量装置的要求qq高可靠性和高抗干扰性高可靠性和高抗干扰性高可靠性和高抗干扰性高可靠性和高抗干扰性：受受温温度度、湿湿度度的的影影响响小小，工工作作可可靠靠，精精度度保保持持性性好好，抗抗干扰能力强；干扰能力强；qq能满足精度和速度的要求能满足精度和速度的要求能满足精度和速度
21、的要求能满足精度和速度的要求：位位置置检检测测装装置置分分辨辨率率应应高高于于数数控控机机床床的的分分辨辨率率（一一个个数数量级）；量级）；位位置置检检测测装装置置最最高高允允许许的的检检测测速速度度应应数数控控机机床床的的最最高高运运行速度。行速度。qq使用维护方便使用维护方便使用维护方便使用维护方便，适应机床工作环境适应机床工作环境适应机床工作环境适应机床工作环境；qq成本低成本低成本低成本低。第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统箕裔聋俞尺灶悬宗无酮壬妖蒜堂呈鲸弯跪氮铣颓戴挟浪脯怜攀跪厄
22、租寡冗进给伺服系统进给伺服系统8/25/202426数数控控技技术术2. 位置检测装置的分类第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统 在数控机床中，位置检测的对象有工作台的直线位移及回在数控机床中，位置检测的对象有工作台的直线位移及回转工作台的角位移等，与此相对应有直线式和旋转式检测转工作台的角位移等，与此相对应有直线式和旋转式检测装置。装置。直接测量：位置检测装置所测量的对象就是被测量值本身，直接测量：位置检测装置所测量的对象就是被测量值本身，如直线式测直线位移、旋转式测角位移。如直线式测直线
23、位移、旋转式测角位移。直线测量：光栅、感应同步器、磁栅等；直线测量：光栅、感应同步器、磁栅等；旋转位置检测：光电编码器、旋转变压器。旋转位置检测：光电编码器、旋转变压器。间接测量：用旋转式检测装置反映工作台的直线位移，即通间接测量：用旋转式检测装置反映工作台的直线位移，即通过角位移与直线位移的线性关系求出工作台的直线位移。过角位移与直线位移的线性关系求出工作台的直线位移。如丝杠螺距为如丝杠螺距为6mm6mm，角位移测量值为，角位移测量值为30300 0, ,则工作台直线位移为则工作台直线位移为6mm/3606mm/3600 0*30*300 0=0.5mm=0.5mm半闭环半闭环q按输出信号的
24、形式分类：数字式和模拟式数字式和模拟式数字式和模拟式数字式和模拟式q按测量基点的类型分类：增量式和绝对式增量式和绝对式增量式和绝对式增量式和绝对式q按位置检测元件的运动形式分类：回转型和直线型回转型和直线型回转型和直线型回转型和直线型碱唱同幂矣境槛队还耳壮沤履毯揣斩兴三部泰呻箕偿贫颂慢睫施魂擅赖烹进给伺服系统进给伺服系统8/25/202427数数控控技技术术常用位置检测装置分类表第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统l增量式测量特点是只测位移增量，即工作台每移动一个基本长度单位，检测装置便发出
25、一个测量信号(通常为脉冲形式)。l这样，一个脉冲所代表的基本长度单位就是分辨率，通过对脉冲计数便可得到位移量。如分辨率为0.01mm/脉冲，当计数脉冲为200时，表示工作台移动了0.01*200=2mml绝对式测量的特点是，被测的任一点的位置都从一个固定的零点算起，每一个被测点都有一个对应的测量值。黔框疾满脓酱栽溉形禽塞赢弦碳肆饲合砾梳昭淄粱教舵拼坯婶粉焊抽貌撼进给伺服系统进给伺服系统8/25/202428数数控控技技术术二二. . 脉冲编码器脉冲编码器 脉冲编码器又称码盘，是一种回转式数字测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代码形式。
26、根据内部结构和检测方式码盘可分为接触式、光电式和电磁式3种。其中，光电码盘在数控机床上应用较多，而由霍尔效应构成的电磁码盘则可用作速度检测元件。另外，它还可分为绝对式和增量式两种。第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统顶翅瞩肘阂蚜瑰劲掀政验婿镁孰冠费氧服踢旷皋于沛耶俗挽梦推共皋副螺进给伺服系统进给伺服系统8/25/202429数数控控技技术术1. 增量脉冲编码器q 结构及工作原理 信号处理装置信号处理装置abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距m+/4第二节第二节 进给伺服系统的位置检
27、测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统骄目拍极哎纬映剧劣崔幽甭蛾窝骆摔贩憾乖墙黑鲜逃磨刑羔察吸划堕入珊进给伺服系统进给伺服系统8/25/202430数数控控技技术术信号处理装置信号处理装置abz节距m+/4AAa第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统惧稗债孽侦亢秦绍恒獭宁峙眉诈款送盅滁篷催站凸牢酷醚闽齿兔乌盾溉默进给伺服系统进给伺服系统8/25/202431数数控控技技术术 光电码盘随被测轴一起转动，在光源的照射下，透过光电码
28、盘和光欄板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件把此光信号转换成电信号，通过信号处理装置的整形、放大等处理后输出。输出的波形有六路： 其中，其中， 是是 的取反信号。的取反信号。 第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统傣鸡泥橙扦泊广筑庸球疥靠毋各宋卵熊笛独额括讥怯触杀往演侠凝混卤瞳进给伺服系统进给伺服系统8/25/202432数数控控技技术术q 输出信号的作用及其处理 A、B两相的作用根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；根据脉冲的频率可得被测轴的转速；根据A、B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方
29、向。Z Z相的作用相的作用 被测轴的周向定位基准信被测轴的周向定位基准信号；号；被测轴的旋转圈数记数信被测轴的旋转圈数记数信号。号。AB90OZ码盘转一圈第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统朴累扑姓抽粮吕头潜貉脱税秧妆裁痉降盲敌贸讲姚酚也攻富缘茎腋翔萝匿进给伺服系统进给伺服系统8/25/202433数数控控技技术术q增量式码盘的规格及分辨率 规格增量式码盘的规格是指码盘每转一圈发出的脉冲数；增量式码盘的规格是指码盘每转一圈发出的脉冲数；现在市场上提供的规格从现在市场上提供的规格从 3636线
30、线线线/ / 转转转转 到到 1010万线万线万线万线 / /转转转转 都有；都有；选择：选择：伺服系统要求的分辨率；伺服系统要求的分辨率； 考虑机械传动系统的参数。考虑机械传动系统的参数。 分辨率（分辨角）分辨率（分辨角） 设增量式码盘的规格为设增量式码盘的规格为 n n 线线/ /转：转：第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统看愿意穿栓对受纸枕铡旦江焉敷啼弯水漱邵皆窄秋鳖康晃修讼平议廊亩军进给伺服系统进给伺服系统8/25/202434数数控控技技术术3. 光电编码器的特点q非接触测量，无接
31、触磨损，码盘寿命长，精度保证性好；q允许测量转速高，精度较高；。q光电转换，抗干扰能力强；q体积小，便于安装，适合于机床运行环境；qq结构复杂，价格高，光源寿命短；结构复杂，价格高，光源寿命短；qq码盘基片为玻璃，抗冲击和抗震动能力差。码盘基片为玻璃，抗冲击和抗震动能力差。第二节第二节 进给伺服系统的位置检测装置进给伺服系统的位置检测装置第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统剿已贮示闷并男常秉欠莹俺泼打个便乌秘煮壕醒督琳厦四吭涩补吝召异持进给伺服系统进给伺服系统8/25/202435数数控控技技术术内容小结内容小结1、进给伺服系统的定义及组成 2、数控机床对
32、数控进给伺服系统的要求 。3、位置检测装置的分类。4、光栅 5、脉冲编码器 星纸厢诉俐爬殊逐宜魁嚷啦屁湘旁以珠藕庭盏好僳蹄肛刃镇抗撂伴豌赠雕进给伺服系统进给伺服系统8/25/202436数数控控技技术术习题与思考题习题与思考题1、名词解释： 进给伺服系统2、简述数控机床对数控进给伺服系统的要求。3、简述位置检测装置的分类。4、简述脉冲编码器的工作原理。5、简述增量脉冲编码盘中A、B、Z三相输出信号的作用。谍爵垛错虐透赎民也矗绳垛建蝴级季癸缅骄流揩降懦隙惑雁歇巩羞屁怜慕进给伺服系统进给伺服系统8/25/202437数数控控技技术术第三节第三节进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统第第第第六六六六章章章
33、章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统亏稚岛苇痞湿馁锌钧臀虚温茧饲券膘狗忧溺然寥矩龚崔羚酪麻口敦戳敲钠进给伺服系统进给伺服系统8/25/202438数数控控技技术术第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统一、概述、概述 1.1. 进给伺服驱动系统：进给伺服驱动系统：进给伺服驱动系统：进给伺服驱动系统：由进给伺服系统中的由进给伺服系统中的 电机及其电机及其电机及其电机及其控制和驱动装置控制和驱动装置控制和驱动装置控制和驱动装置 组成。组成。2.2. 电机电机电机电机：进给系统的动力部件，它提供执行部件运动所：进给系统的动力部件，它提供执行部件运动所需的动力，在数控机床上目前常
34、用的电机有：需的动力，在数控机床上目前常用的电机有： qq步进电机步进电机 qq直流伺服电机直流伺服电机qq交流伺服电机交流伺服电机qq直线电机。直线电机。 第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统萄募巢灼脓垢元苇辛焙酱菠亲缝吗契呵潜节祥魂鲤堪碑阴傈蝗讼撂绦氨轴进给伺服系统进给伺服系统8/25/202439数数控控技技术术3.3.速度单元：电机的控制和驱动装置速度单元：电机的控制和驱动装置速度单元：电机的控制和驱动装置速度单元：电机的控制和驱动装置，通常驱动电机与速度控制单元是相互配套供应的，其性能参数都是进行了相互匹配，这样才能获得高性能的系统指标。4.4.
35、速度控制单元主要作用速度控制单元主要作用速度控制单元主要作用速度控制单元主要作用：接受来自位置控制单元的速度指令信号，对其进行适当的调节运算(目的是稳速)，将其变换成电机转速的控制量(频率，电压等)，再经功率放大部件将其变换成电机的驱动电量，使驱动电机按要求运行。简言之：调节、变换、功放调节、变换、功放调节、变换、功放调节、变换、功放。第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统瘪一糖汹臼才辣档摔醉托咎鸦滚群抬狱颇疙闸枕丁獭羹迈试窟恃钠辽饿专进给伺服系统进给伺服系统8/25/202440数数控控技技术术5.5.进给驱动
36、系统的特点（进给驱动系统的特点（进给驱动系统的特点（进给驱动系统的特点（与主运动（主轴）系统比较）：qq功率相对较小；功率相对较小；qq控制精度要求高；控制精度要求高；qq控制性能要求高，尤其是动态性能。控制性能要求高，尤其是动态性能。第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统妄蒙如膀雏憎搅宛哺铃券朔激翼垦尧穴哄年夸与律玩矾守诀鹿秘脊粗映弥进给伺服系统进给伺服系统8/25/202441数数控控技技术术二、步进电机及其驱动装置、步进电机及其驱动装置 步进电机流行于70年代，该系统结构简单、控制容易、维修方面，且控制为全
37、数字化。随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其它部分均可由软件实现，从而进一步简化结构。因此，这类系统目前仍有相当的市场。目前步进电机仅用于小容量、低速、精度要不高的场合，如经济型数控；打印机、绘图机等计算机的外部设备。第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统歹彻尝胶忆秧烁弥毅峨跌胖揉凉熟砚减拣树齿憨辩擂驭卧贪扁辣狙是迁圈进给伺服系统进给伺服系统8/25/202442数数控控技技术术三、直流伺服电机及驱动、直流伺服电机及驱动 直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小正比于电机中的气隙磁场，直
38、流电机的励磁绕组所建立的磁场是电机的主磁场，按对励磁绕组的励磁方式不同，直流电机可分为： 他激式、 并激式、 串激式、 复激式、 永磁式。永磁式。永磁式。永磁式。 20世纪8090年代中期，永磁式直流伺服电机在NC机床中广泛采用。第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统赢碾蛰赠尚钮与耳蚊毛赤哨炉铆亨膊谬液但但砷庞睹徽俱傻窍执悯奸蛾墅进给伺服系统进给伺服系统8/25/202443数数控控技技术术直流伺服电机的特点过载倍数大，时间长； 具有大的转矩/惯量比，电机的加速大，响应快。低速转矩大，惯量大，可与丝杆直接相联。调
39、速范围大：12000。带有高精度的速度和角位置检测元件；电机允许温度达150以上，由于温升高，影响机床精度因转子惯性大，电源容量以及机械传动件的刚度都需相应增大。电刷、维护不便第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统亮砌泽羞鼓美但联银沃别三斑戏下竹持愁夏晌狱壮败材麓远蔼召拓痈凑殷进给伺服系统进给伺服系统8/25/202444数数控控技技术术四、交流伺服电机及驱动、交流伺服电机及驱动 由于直流伺服电机具有优良的调速性能， 80年代初至90年代中，在要求调速性能较高的场合，直流伺服电机调速系统的应用一直占据主导地位。但
40、其却存在一些固有的缺点，即：电刷和换向器易磨损，维护麻烦结构复杂，制造困难，成本高 而交流伺服电机则没有上述缺点。特别是在同样体积下，交流伺服电机的输出功率比直流电机提高10%70%，且可达到的转速比直流电机高。因此，人们一直在寻求交流电机调速方案来取代直流电机调速的方案。第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统累棺摆枷换失遗峙绕献洛妖上车门坷椽掀课攫郧斟榴土刃摄匣玲细找农蚌进给伺服系统进给伺服系统8/25/202445数数控控技技术术分分 类类第三节第三节 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统第第第第六六六六章章章章
41、 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统钥珠日撰兵摔蝎脐捂屈袜祈湿犬祁柬愧蝎欲艇囊署扰舆睡坞膜范萎诚震拼进给伺服系统进给伺服系统8/25/202446数数控控技技术术第四节第四节典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统闰呻皇屿紫麓颁富果屡惭济沿界腋掂痔稿惟靖蝴旋躯功枕狐勘氮坪这喘真进给伺服系统进给伺服系统8/25/202447数数控控技技术术开环数控系统进给运动控制l开环系统控制原理l步进电动机的原理及特点1.工作台位移量的控制l2.工作台进给速度的控制百铂呵称蔼化省蛇姆决歌渡调廖脾辕脯乍倦茹村书绦
42、抚修娶滞晒凛至仲瑶进给伺服系统进给伺服系统8/25/202448数数控控技技术术第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)一. . 开环进给伺服系统开环进给伺服系统(Open-Loop System)(Open-Loop System)qq不带位置测量反馈装置的系统；不带位置测量反馈装置的系统；qq驱动电机只能用步进电机；驱动电机只能用步进电机；qq主要用于经济型数控或普通机床的数控化改造主要用于经济型数控或普通机床的数控化改造A相、B相C相、A相、B相C相、f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大步进电机第第第第六六六六章章章章 进进进进给
43、给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统睦盅呢铣坪籽隙扇扭照临神酞万约潍袖涧费珊创馈廉说谢贮蛊忽态先吟还进给伺服系统进给伺服系统8/25/202449数数控控技技术术1. . 步进电机的特点步进电机的特点步进电机的特点步进电机的特点第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统l1) 送给步进电动机定子绕组一个电流脉冲，其转子就转过了一个角度，并称之为步距角 。l2) 有脉冲就走，无脉冲则停。l3) 脉冲数增加，角位移随之增加。l4) 脉冲频率越高，电动机转速越高；反之则低。l5) 脉冲频率变化太快，会引起失步或过冲。l6) 改变分配脉冲的相序就可改变电动机旋转方向。
44、l7) 步进电动机运行状态是步进形式，故称之为步进电动机。l8) 定子绕组所加电源要求是脉冲电流形式,故也称之为脉冲电动机l9) 输出转角精度较高，并且一般只有相邻误差，但无积累误差。块涸梦沫浅传炭象净啸庄魂棘断掂董哀琼提扑画砍菠扛莽巾剪味锰该迹昨进给伺服系统进给伺服系统8/25/202450数数控控技技术术6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理按电磁吸引原理工作（以反应式步进电机为例）按电磁吸引原理工作（以反应式步进电机为例）反反应应式式步步进进电电机机的的定定子子上上有有磁磁极极，每每个个磁磁极极上上有有激激磁磁绕绕组组，转转子子无无绕绕组组，有有周周向向均均布布的的齿齿，依依靠靠磁极
45、对齿的吸合工作。磁极对齿的吸合工作。定子定子转子转子定子绕组定子绕组贼能同昨闲去帜甜步政灌褒怜椰谅痉磺货网穴其垄仟球雁疑纯亩右坟候檬进给伺服系统进给伺服系统AB定子定子转子转子IAIBIC两个相对的磁两个相对的磁极组成一相。极组成一相。注意：这里的注意：这里的“相相”和三相交和三相交流电中的流电中的“相相”的概念不同。的概念不同。步进电机通的步进电机通的是电脉冲，主是电脉冲，主要是指线图的要是指线图的联接和组数的联接和组数的区别。区别。6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理睹卧踌串埋列服靠讫绘螟贷鸳贝凸锈工业渐希卿止誉斌凋焙擎斩红散硝莱进给伺服系统进给伺服系统步进电机的工作方式步进电机的工
46、作方式(通电顺序通电顺序)可分为：可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。1 1）三相单三拍：）三相单三拍：（1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y 型型（2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为：A 相相 B 相相 C 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为： A 相相 C 相相 B 相相 6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理辨喊当淄腹店竹馋碑瞅冈葱耻衷篱光奸汞万旺佑部前浩湾踪杏滋设蚕干成进给伺服系统进给伺服系统BACCBA3412A 相通电使相通电使转子转子1、3齿和齿和AA 对齐对齐B ACCBA3412BB
47、ACCAB相通电，相通电，转子转子2、4齿和齿和B相轴相轴线对齐线对齐CC相通电，相通电，转子转子1、3齿和齿和C相轴相轴线对齐线对齐3412ABC1324ABC1324A6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理笆卤撒栋凯纵藐曾局朽馅娱湘劈细退凛集拴物祁贯平梆旬弟热善柒眶境警进给伺服系统进给伺服系统三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 30 。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序。）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序。（3）每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失）每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失去自锁转矩，容易产生失步
48、，只有一相绕组产生力去自锁转矩，容易产生失步，只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位置易产生振荡矩吸引转子，在平衡位置易产生振荡。6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理恳癸妈购淆贷砍赶歪缔传癣镑恰挑侣漏唬舶京则演监澳悯夺层被潭颜范砌进给伺服系统进给伺服系统2)三相六拍工作方式三相六拍工作方式通电顺序为：通电顺序为：AABBBCCCAA 六拍。六拍。6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理蔫募圆林讥透翰炭哟捻烷荤并硷巾葬圾丛舵录仑劲株把男墅惕剁络刽屹剐进给伺服系统进给伺服系统通电顺序通电顺序AABBBCCCAA（逆时针）（逆时针）AACCBCBCAA（顺时针）（顺时针）每步转过每步转过15
49、，步距角是三相三拍工作方式，步距角是三相三拍工作方式的一半，的一半，特点：电机运转中始终有一相定子绕组通电，特点：电机运转中始终有一相定子绕组通电，运转比较平稳。运转比较平稳。6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理单至舶动投警阑虾阻碱耳仔蚊橙米榴抉喻燕亮叫雇愧讲贮应黄静踩氢虫石进给伺服系统进给伺服系统3) )双三拍工作方式双三拍工作方式定子绕组通电顺序为定子绕组通电顺序为ABBCCAAB（转子逆时针旋转）（转子逆时针旋转）ACBCCA（转子顺时针旋转）（转子顺时针旋转）有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍旋转旋转30。特点：始终有一相定子
50、绕组通电，工作比较平稳。特点：始终有一相定子绕组通电，工作比较平稳。避免了单三拍通电方式的缺点避免了单三拍通电方式的缺点6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理行显狂量军幂绦垫滨乱嗣弃拟亚崇黑咬术鸽汐耪私糟抡火时画率震扁埃冠进给伺服系统进给伺服系统 实际上步进电机实际上步进电机转子齿数很多转子齿数很多，齿数越多，步，齿数越多，步距角越小距角越小 为改善运行性能，为改善运行性能，定子磁极上的齿定子磁极上的齿的齿距与转子的的齿距与转子的齿距相同，但各极的齿依次与转子的齿错开齿距的齿距相同，但各极的齿依次与转子的齿错开齿距的1m（m电机相数）。电机相数）。每次定子绕组通电状态改变时，每次定子绕组通
51、电状态改变时，转子只转过齿距的转子只转过齿距的1m（如三相三拍）或（如三相三拍）或12m（如（如三相六拍）达到新的平衡位置。三相六拍）达到新的平衡位置。6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理舔限讯姆戳赚使膘辜锤畅戒榷帜桐葱缉铅皂胎忌铲道梧蟹落轧袍脓壁寒芒进给伺服系统进给伺服系统齿距的齿距的1m（m电机相数）电机相数）3600/Z6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理瓜凶庶忧僻蛰迸呛陆菩赡抢泣酿为媳栅梯牟梆睛讹掺钱瞄尔驱狂晕扁粒赏进给伺服系统进给伺服系统转子转子40个齿，若通电为三相三拍，当转子齿与个齿，若通电为三相三拍，当转子齿与A相定子齿对齐时，转子齿与相定子齿对齐时，转子齿与B相定
52、子齿相差（相定子齿相差（3），），与与C相定子齿相差（相定子齿相差（6）。）。6.4.1步进电机工作原理步进电机工作原理荤听所魏汇抵硅哼灸尽诊躯绅庭督览类凭汾掠绑鼠杨僧嘎涧受氖剁金搞逮进给伺服系统进给伺服系统每给一个脉冲信号，电机转子转过角度的理论值。每给一个脉冲信号，电机转子转过角度的理论值。1 1步距角步距角 m定子相数；定子相数；z转子齿数；转子齿数；k通电系数，通电系数， m相相m拍拍，k k1；m相相2 2m拍，拍，k2。一一 般般 很很 小小 ， 如如 ： 3 1.5， 1.5 0.75， 0.720.36等等6.4.2步进电机的主要特性步进电机的主要特性柬对根苗燥爪躲搭纲鸯掷赎东
53、渡慧浇芜牵狮蘸易讹商凰尚哨泳胞得咯膝眉进给伺服系统进给伺服系统静态：步进电机处于通电状态，转子处在不动状态。静态：步进电机处于通电状态，转子处在不动状态。静静态态转转矩矩Mj ：在在电电机机轴轴上上施施加加一一个个负负载载转转矩矩M，转转子子会会在在载载荷荷方方向向上上转转过过一一个个角角度度（失失调调角角），转转子子因因而而受受到到一一个个电磁转矩电磁转矩Mj的作用与负载平衡。的作用与负载平衡。2矩角特性、最大静态转矩矩角特性、最大静态转矩Mjmax和启动转矩和启动转矩Mq 矩矩角角特特性性：步步进进电电机机单单相相通通电电的的静静态态转转矩矩Mj随随失失调调角角的变化曲线。的变化曲线。6.
54、4.2步进电机的主要特性步进电机的主要特性冕恍旦冬收掌凤垛雁虚揍了售蛹损庙瘩靳堕加窖湛扣辖糕酣光奸吼倚阁令进给伺服系统进给伺服系统启启动动频频率率或或突突跳跳频频率率fq：空空载载时时，步步进进电电机机由由静静止止突突然然启启动动并并进进入入不不丢丢步步的的正正常常运运行行状状态态所所允允许许的的最最高高频率。频率。高于启动频率，将不能正常起动。高于启动频率，将不能正常起动。启启动动时时的的惯惯频频特特性性：是是指指电电机机带带动动纯纯惯惯性性负负载载时时启启动频率和负载转动惯量之间的关系。动频率和负载转动惯量之间的关系。3启动频率启动频率fq和启动时的惯频特性和启动时的惯频特性 步进电机在带
55、负载（尤其是惯性负载）下的启动步进电机在带负载（尤其是惯性负载）下的启动频率比空载要低。频率比空载要低。6.4.2步进电机的主要特性步进电机的主要特性搏豢拇纽亢镣溪玻沿猖乔破耪司皂教超购妓息冻她吼桩项授猩惯捧嚣亩抵进给伺服系统进给伺服系统连连续续运运行行频频率率：步步进进电电机机启启动动后后，其其运运行行速速度度能能跟跟踪踪指指令令脉脉冲冲频频率率连连续续上上升升而而不不丢丢步步的的最最高高工工作作频频率率。其其值值远远大大于于启动频率。启动频率。运运行行矩矩频频特特性性：是是描描述述步步进进电电机机在在连连续续运运行行时时，输输出出转转矩矩与连续运行频率之间的关系。与连续运行频率之间的关系。
56、4运行矩频特性运行矩频特性6.4.2步进电机的主要特性步进电机的主要特性拯哭译唐夕涯特碘埔弄跺瘦幼腿署螟铂布吕箕春墟邱怔惟傀摔莱兼虾不往进给伺服系统进给伺服系统 步进电机的加减速特性描述步进电机由静止到步进电机的加减速特性描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加、减速过程中，工作频率和由工作频率到静止的加、减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。 当要求步进电机启动到大于启动频率的工作频当要求步进电机启动到大于启动频率的工作频率时，变化速度必须逐渐上升；从最高工作频率或率时，变化速度必须逐渐上升；从最高工作频率或高于启动频率的工作频
57、率停止时，变化速度必须逐高于启动频率的工作频率停止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和下降的加速、减速时间不能过渐下降。逐渐上升和下降的加速、减速时间不能过小，否则会失步或超步。小，否则会失步或超步。5加、减速特性加、减速特性 6.4.2步进电机的主要特性步进电机的主要特性器钾棚苟褂罪憎玻申手孪梗恬奏疲诊膨多怕励耶委惨慌绥苫砂莽思余岩顺进给伺服系统进给伺服系统失步或过冲l因为负载位置对控制电路没有反馈，步进电机就必须正确响应每次励磁变化。如果励磁频率选择不当，电机不能够移到新的位置，那么实际的负载位置相对控制器所期待的位置出现永久误差，即发生失步现象或过冲现象。l失步和过冲现象分别出现在步进电
58、机启动和停止的时候。l一般情况下，系统的极限启动频率比较低，而要求的运行速度往往比较高。如果系统以要求的运行速度直接启动，因为该速度已超过极限启动频率而不能正常启动，轻则可能发生丢步，重则根本不能启动，产生堵转。l系统运行起来以后，如果达到终点时立即停止发送脉冲串，令其立即停止，则由于系统惯性作用，电机转子会转过平衡位置，如果负载的惯性很大，会使步进电机转子转到接近终点平衡位置的下一个平衡位置，并在该位置停下。 升降速控制5加、减速特性加、减速特性 6.4.2步进电机的主要特性步进电机的主要特性券渐团没惧炭艇植期膘哭该开锥面晨轮捧贩杉郝怎炉节坚捶抿喧正瘦婪宪进给伺服系统进给伺服系统8/25/2
59、02467数数控控技技术术1 1根据相数分类根据相数分类有三、四、五、六相等，相数越多，步距角越小，有三、四、五、六相等，相数越多，步距角越小， 通电方式采用通电方式采用m m相相m m拍、双拍、双m m拍和拍和m m相相2m2m拍，拍，m m相相m m拍和拍和m m相相2m2m拍通电方式中，可采用一拍通电方式中，可采用一/ /二相、二三相转换通电，二相、二三相转换通电，如五相步进电机，五相十拍的二三相转换方式：如五相步进电机，五相十拍的二三相转换方式：ABABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEABABABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEAB如四相步进电机，四相单双八拍通电顺序：如四
60、相步进电机，四相单双八拍通电顺序：AABBBC AABBBC CCDDAA,CCDDAA,单四拍、双四拍的通电顺序单四拍、双四拍的通电顺序6.4.3步进电机的分类步进电机的分类 膳野抹袄宙牛徒苑文噪神奄呜殖渠英苹骇槐撤岁鸿疥篙城遥肌瓣乒励淀忘进给伺服系统进给伺服系统 根根据据定定子子与与转转子子间间磁磁场场建建立立方方式式，可可分分：反反应应式式、永永磁磁反应式（混合式）两类。反应式（混合式）两类。反应式步进电机：定子有多相磁极，其上有励磁绕组，转子反应式步进电机：定子有多相磁极，其上有励磁绕组，转子无绕组，用软磁材料制成，由被励磁的定子绕组产生反应力无绕组，用软磁材料制成，由被励磁的定子绕组
61、产生反应力矩实现步进运行矩实现步进运行永磁反应式步进电机：定子结构与反应式相似，转子用永磁永磁反应式步进电机：定子结构与反应式相似，转子用永磁材料制成或有励磁绕组、由电磁力矩实现步进运行。材料制成或有励磁绕组、由电磁力矩实现步进运行。2根据产生力矩的原理分类根据产生力矩的原理分类6.4.3步进电机的分类步进电机的分类 蜒滤憋重秽答铅狐烤幢打苏晃模委打奔皂艰确禄洼盈沸兹祈俗腰绪吩谨熏进给伺服系统进给伺服系统可将步进电机分两类：伺服步进电机可将步进电机分两类：伺服步进电机 功率步进电机功率步进电机伺服步进电机（快速步进电机），输出力矩在几伺服步进电机（快速步进电机），输出力矩在几十数百十数百Nm，
62、只能带动小负载，加上液压扭矩，只能带动小负载，加上液压扭矩放大器可驱动工作台。放大器可驱动工作台。功率步进电机输出力矩在功率步进电机输出力矩在550Nm以上，能直接以上，能直接驱动工作台。驱动工作台。 3根据输出力矩的大小分类根据输出力矩的大小分类6.4.3步进电机的分类步进电机的分类 品屑邓售腆甜处尸肌笨冉匪龙啄钎杂纶侈紧居嚣错摇诣害箍有墓裁也赂边进给伺服系统进给伺服系统a 反应式步进电动机l1) 控制十分方便。l2) 气隙小。从制造工艺方面考虑，气隙大一些为好，但从电动机电性能方面考虑，要求气隙小一些。一般气隙处在3050m范围。l3) 步距角小。由于定子和转子均采用软磁材料制成，加工容易
63、，所以转子齿数可以做得多一些。l4) 励磁电流(磁场)大,要求驱动电源功率也较大,因此效率较低。l5) 电动机内部阻尼较小，当相数较少时，单步运行振荡时间较长l6) 带惯性负载能力差，尤其在高频时容易失步。l7) 断电后无定位转矩。6.4.3步进电机的分类步进电机的分类 职啃住锨上胚纺巧扯狄胸戍稠赛北灿邮砚攘瞎伙伺醉册先扯囱夷乃辣快咎进给伺服系统进给伺服系统8/25/202471数数控控技技术术l反应式步进电机和混合式步进电机的根本区别在于其转子是否具有永久磁性。l反应式步进电机转子上没有永久磁钢，所以转子的机械惯量比混合式步进电机的转子惯量低，因此可以更快地加、减速。l混合式步进电机转子有永
64、久磁钢，所以在绕组未通电时，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，很有用：使其在断电时，仍能保持转子的原来位置。l反应式步进电机在断电时靠干摩擦负载转矩或靠专门的磁定位或机械定位装置来实现定位。a反应式步进电动机俐舞鹏戌卖果院址枉粉仇僚翘钒召彝碌铸尘掉壤隙乎路帽廖如咀婆法宿叙进给伺服系统进给伺服系统8/25/202472数数控控技技术术b永磁式步进电动机l永磁式步进电动机的转子或定子的某一方具有永久磁钢，另一方用软磁材料制成。例如某步进电动机转子是由充过磁的永久磁钢制成，定子由硅钢片叠成，且有三对绕组，这样当定子绕组中轮流连续通电后，建立的电磁场与永久磁钢
65、的恒定磁场相互作用而产生转矩，带动转子旋动起来。l1) 步距角大。由于一个圆周上所能形成的磁极数受到极弧尺寸的限制，不能太多，所以它的步距角不能太小。一般为15、22.5、30、45、90等。l2) 控制功率小，效率高。l3) 内阻尼较大，单步振荡时间短。l4) 断电后具有一定的定位转矩，这对需要锁定的场合十分有用标免键瞪谓拌泊瘁做绥纺忆夷楞掸氟镍废篱匝炳探唾拿合虫支兽蚤养剖尖进给伺服系统进给伺服系统8/25/202473数数控控技技术术c永磁反应式步进电动机l从某种程度上讲，永磁反应式步进电动机是反应式步进电动机和永磁式步进电动机两者的结合。（磁路内含有永久磁钢；定子和转子中含有软磁材料）l
66、1) 控制功率小，效率高。l2) 齿距角小。当用于数控系统中时可减小脉冲当量，从而提高了系统精度。l3) 运行频率高(几十kHz)。l4) 在相同输出转矩情况下，外径相对较小。l5) 断电后具有一定的锁定力矩。l6) 永磁易失磁，则会有振荡点和失步区。揣涵佰旱卑滩收锥姚凛资兹河栖札重耍愤灸据格隧轿桌腺诚斑梯稠犹草沪进给伺服系统进给伺服系统8/25/202474数数控控技技术术6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计q 步进电机开环系统设计要解决的主要问题： 动力计算 、传动计算、传动计算、传动计算、传动计算、 驱动电路设计或选择
67、目的：目的：目的：目的：传动计算选择合适的参数以满足脉冲当量和进 给速度F的要求。 图中：f 脉冲频率（H HZ Z ） 步距角 （度） Z1、Z2 传动齿轮齿数 t 螺距(mmmm) 脉冲当量（mmmm）步进电机Z1Z2tf，第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统腑幂揪游天拉伟抽诺芽蕴牵荚圃敏亲戚鹊桌姿特铣怪喻太燥悬靛盘柬土组进给伺服系统进给伺服系统8/25/202475数数控控技技术术1.工作台位移量的控制l数控装置发出的N个进给脉冲，经驱动电路放大后，变换成步进电动机定子绕组通电、断电的
68、电流变化次数N，l使步进电动机定子绕组的通电状态改变N次，l决定了步进电动机的角位移量 ，再经减速，再经减速齿轮、丝杠、螺母后转变为工作台的位移量齿轮、丝杠、螺母后转变为工作台的位移量L L。对应关系：对应关系：进给脉冲数量进给脉冲数量N N定子绕组通电状态变化次数定子绕组通电状态变化次数N N步进电动机转子角位移步进电动机转子角位移 机床工作台位移量机床工作台位移量L L开环系统的脉冲当量为：开环系统的脉冲当量为：: :步进电动机步距角步进电动机步距角h h：滚珠丝杠螺距：滚珠丝杠螺距 i i：减速齿轮的减数比：减速齿轮的减数比6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计
69、步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计翻赵沧煎蛇邢衬梯棠琐丽告绵射泄脱余侵七椎襟考虱锭岳勺曾呛盏财肇月进给伺服系统进给伺服系统8/25/202476数数控控技技术术q 传动比选择： 为了凑脉冲当量mm，也为了增大传递的扭矩，在步进电机与丝杆之间，要增加一对齿轮传动副，那么，传动比i=Z1/Z2与、 、t之间有如下关系： 例：例：例：例： = 0.01 t = 6 mm = 0.01 t = 6 mm = 0.01 t = 6 mm = 0.01 t = 6 mm = 0.75= 0.75= 0.75= 0.75第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六
70、章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统葛片企铣孤染逝乡兽心昼呜捏艘北兔三啄卒攫戒人撅帛酥旦馁烟昌柔犯鼎进给伺服系统进给伺服系统8/25/202477数数控控技技术术2 工作台进给速度控制l进给脉冲频率f经驱动放大后转化为步进电动机定子绕组通电/断电状态变化的频率，从而决定步进电动机转子的转速 。l l 经减数齿轮、丝杠、螺母之后，体现为工作台的进给速经减数齿轮、丝杠、螺母之后，体现为工作台的进给速度度v v。对应关系：对应关系：进给脉冲频率进给脉冲频率f定子绕组通电定子绕组通电/ /断电的变化频率断电的变化频率f步进电动机转速步进电动机转速工作台进给速度工作台进给速度v开环
71、系统进给速度v60f f输入到步进电动机的脉冲频率 6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计约惹袭长渴埔啮猜恼衔劝曲晨闪蓉昏郑灸蔫婚嘿吠晶停碘优仙丸剔剿腻岭进给伺服系统进给伺服系统8/25/202478数数控控技技术术q 进给速度F： 一般步进电机： 若：=0.01 mm 则： 若 =0.001mm 则： 因此，当 一定时， 与成正比，故我们在谈到步进电机开环系统的最高速度时，都应指明是在多大的脉冲当量下的 否则是没有意义的。第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给
72、给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统雀题琅析稽备稻高幸姨陛选笛肌掂嫂圃熏得突蟹性曝艰晰亦库秉棱契茬乌进给伺服系统进给伺服系统8/25/202479数数控控技技术术3.工作台运动方向的控制l改变步进电动机输入脉冲信号的循环顺序方改变步进电动机输入脉冲信号的循环顺序方向，就可改变步进电动机定子绕组中电流的向，就可改变步进电动机定子绕组中电流的通通/断循环顺序，从而实现正断循环顺序，从而实现正/反转反转改变改变工作台进给方向工作台进给方向l在步进电动机驱动的开环数控系统中，输入在步进电动机驱动的开环数控系统中，输入的进给脉冲数量、频率、方向经驱动控制线的进给脉冲数量、频率、方向经驱动控制线路和步进电动
73、机后，可以转换为工作台的位路和步进电动机后，可以转换为工作台的位移量、进给速度和进给方向，从而满足对位移量、进给速度和进给方向，从而满足对位移控制的要求。移控制的要求。6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计鹅葡赔宴唬梗肢牵勤各条忠悔笋令阂菲颊母盟噎磋镐县步郁判彻眩给包妓进给伺服系统进给伺服系统8/25/202480数数控控技技术术: :步进电动机步距角步进电动机步距角h h：滚珠丝杠螺距：滚珠丝杠螺距 i i：减速齿轮的减数比：减速齿轮的减数比l脉冲当量直接影响加工零件的精度、表面粗糙度及进给速度。一般对精度要求较高数控机床如线
74、切割机床、坐标镗床，脉冲当量可取0.001-0.0025mmHz，以保证0.01-0.005mm的加工精度。l加工精度在0.010.02mm范围的数控铣床、钻床、车床的脉冲当量可取0.0050.01mmHz。对于简易数控冲床等不太精密的机床或设备，脉冲当量可取0.1-0.15mmHz。对于同步驱动系统，脉冲当量还可选择更大些。4、步进电动机选择、步进电动机选择根据加工精度要求确定脉冲当量选择步距角根据加工精度要求确定脉冲当量选择步距角6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计毋阎希目电仓铣甲雪檄彰总姬涛闭馏修淄业悉显侮卵螺誊厨烦钠瘫
75、哄迹蛔进给伺服系统进给伺服系统8/25/202481数数控控技技术术l 首先根据负载性质、最高进给速度等条件选定步进电动首先根据负载性质、最高进给速度等条件选定步进电动机类型。机类型。l根据系统精度、数据处理的字长、机床行程等确定根据系统精度、数据处理的字长、机床行程等确定和机和机械传动系统的一些参数如械传动系统的一些参数如h h等。等。l 若初步选定的若初步选定的、和和h h三个参数仍满足不了三个参数仍满足不了公式的公式的约束时，最后还要在步进电动机轴与丝杠之间增设齿轮来约束时，最后还要在步进电动机轴与丝杠之间增设齿轮来减速，以达到互相协调的目的。减速，以达到互相协调的目的。4、步进电动机选
76、择、步进电动机选择6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计急苇割腾荤狡却鸽千先卵僳蒂镶支惕罕没慰留韵墒要闲痔捣厚措铆字雹实进给伺服系统进给伺服系统8/25/202482数数控控技技术术 数控机床进给速度与电动机运行频率有着严格对应关系，机床的数控机床进给速度与电动机运行频率有着严格对应关系，机床的极限进给速度，极限进给速度，v(m/min)受电动机最高运行频率约束。受电动机最高运行频率约束。l步进电机的最高运行频率fmax与电机结构形式、驱动电源种类及控制方式有关。l有些厂家为适应用户需要，同一规格步进电机产品往往有高速和低速之分
77、，两者外型尺寸完全相同，仅绕组电感不同。所以应根据机床要求的极限速度确定电机型式和最高运行频率。vmax机床运行最高速度；fmax步进电机最高运行频率(Hz)；脉冲当量(mm/Hz)。4、步进电动机选择、步进电动机选择根据快速进给速度，确定步进电机最高工作频率根据快速进给速度，确定步进电机最高工作频率6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计弊瞪往焙甚名庸韦屑拖瘴那册宪斤阴亚篮致息榴嚷警缘菌湘话辉插骏灯侦进给伺服系统进给伺服系统8/25/202483数数控控技技术术l 若进给速度要求的频率大于起动频率，电动机包含加速运行。电动机除了
78、必须克服数控机床施加给它的负载转矩外，还要提供由于速度变化引起的惯性加速转矩。可分为两种不同情况4、步进电动机选择、步进电动机选择根据负载转矩或阻力，选择步进电机转矩根据负载转矩或阻力，选择步进电机转矩6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计必堤盐菜你博爷滨巫号爆揉凋阜租婴侦艰彼矿永怪床树送恢翟西兹近伙麻进给伺服系统进给伺服系统8/25/202484数数控控技技术术l 快速进退刀时所需转矩。快速进退刀时所需转矩。l Tel=Ta1+T12l 式中式中 Te1-快速退刀时电动机的转矩；快速退刀时电动机的转矩；l Ta1-惯性加速转矩
79、；惯性加速转矩；l T12-移动刀架或工作台的摩擦转矩。移动刀架或工作台的摩擦转矩。 切削进给所需转矩。切削进给所需转矩。l Te2=Ta2+T12 +Tel 式中式中 Te2切削加工时电动机的转矩；切削加工时电动机的转矩；l Ta2切削加工时加速转矩；切削加工时加速转矩；l Te 克服切削抗力所需的转矩；克服切削抗力所需的转矩；l T12移动刀架或工作台的摩擦转矩。移动刀架或工作台的摩擦转矩。l两种运行状态，对于数控机床来讲始终是交替出现。步进电机应同两种运行状态，对于数控机床来讲始终是交替出现。步进电机应同时满足上述两种状态下的转矩要求，因此需要分别计算各种转矩，时满足上述两种状态下的转矩
80、要求，因此需要分别计算各种转矩，取二者中较大者作为选择电动机转矩的依据。取二者中较大者作为选择电动机转矩的依据。4、步进电动机选择、步进电动机选择6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计眩锭鸦医纺你鹰曲坊菩陆幽逼献灯钎宜通壁称赛捐宝兵夷稀稽家店吧没冯进给伺服系统进给伺服系统8/25/202485数数控控技技术术电动机负载主要由切削力电动机负载主要由切削力F F和工作台和工作台运动时的摩擦力组成，负载力矩为：运动时的摩擦力组成，负载力矩为：选择最大静态转矩选择最大静态转矩M Mjmaxjmax4、步进电动机选择、步进电动机选择最大静
81、态转矩最大静态转矩6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计咸焉枷载矾游窄浸抉嚏茸昔荡辗寝岳献肿肛饶虏鞋愁渠立曹迫洞塌华培仔进给伺服系统进给伺服系统8/25/202486数数控控技技术术步进电动机带负载起步进电动机带负载起动时其起动频率会降动时其起动频率会降低低l电动机轴上的等效负载惯量电动机轴上的等效负载惯量根据机床要求的启动频率根据机床要求的启动频率f fstmstm选择选择f fstst：4、步进电动机选择、步进电动机选择启动频率启动频率6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电
82、机开环系统设计拐寺惰详估簧屋芯鳃现腔文黎庸佳殃芳右捣厌够糠垫隶谍觅尤整暇掌已缅进给伺服系统进给伺服系统8/25/202487数数控控技技术术5、步进驱动系统与数控装置的信号连接、步进驱动系统与数控装置的信号连接6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计难雇位纺传骄右灌拣悼倍予诀皖簧袖羞唾名获蝎麻驰彻不常刊撕任达怕斥进给伺服系统进给伺服系统8/25/202488数数控控技技术术5、步进驱动系统与数控装置的信号连接、步进驱动系统与数控装置的信号连接6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电
83、机开环系统设计慧牡陷仿藕镊维隋淹汀届嫁炙注烟妓伴锰打律充矛申南信拽权疚获沽拾末进给伺服系统进给伺服系统8/25/202489数数控控技技术术5、步进驱动系统与数控装置的信号连接、步进驱动系统与数控装置的信号连接6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计支育傻赛熬咱即安瘴柑露样俐豆痊硒概吨佑邑危臣跺订薛辣芝涉跟妻绷倔进给伺服系统进给伺服系统8/25/202490数数控控技技术术脉冲控制信号脉冲控制信号方向控制信号使能信号使能信号5、步进驱动系统与数控装置的信号连接、步进驱动系统与数控装置的信号连接输入信号输入信号6.4.4 6.4.4
84、 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计琵砾采黄邵耸墩吴学勒藤直吻均殖派食筒级鼻巍爬静沁夫悬侦耳胺奋陈辽进给伺服系统进给伺服系统8/25/202491数数控控技技术术驱动输出至数控装置的报警信号(继电器触点)5、步进驱动系统与数控装置的信号连接、步进驱动系统与数控装置的信号连接输出信号输出信号输出信号输出信号6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计彻晰凶举薄香草兄嗅为局抿彪珐鼻角篇供儡邑枚征疤用磊衅抢惭析眨兰欺进给伺服系统进给伺服系统8/25/202492数数控控技技术术逻辑电平信号电流脉
85、冲信号电流脉冲信号弱电到强电的转换和放大弱电到强电的转换和放大6、步进电机的控制、步进电机的控制6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计伺碟垮党寻券勺抑禹噬趋蟹卞夹填反示观靳轴论粕迢硬猜地拳辫启赃垒摸进给伺服系统进给伺服系统8/25/202493数数控控技技术术l脉冲分配环节完成电动机绕组中电流通断顺序控制n脉冲分配器：脉冲分配器： 将插补输出脉冲按步进电动机将插补输出脉冲按步进电动机要求的规律分配给步进电动要求的规律分配给步进电动机驱动电路的各相输入端，机驱动电路的各相输入端，用以控制绕组电流的通、断用以控制绕组电流的通、断 电
86、动机有正反转要求，脉冲分配器的输出既是周期性又电动机有正反转要求，脉冲分配器的输出既是周期性又是可逆的称为环形分配器是可逆的称为环形分配器6、步进电机的控制、步进电机的控制脉冲分配脉冲分配6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计啄镁蕉国瑶贮脚沫循铝特怯煌采苯侯底驴林秧幢蛙鼎啦鹃泻樊慌喧瘪讽杂进给伺服系统进给伺服系统8/25/202494数数控控技技术术1)硬件脉冲分配正反转控制信号正反转控制信号6、步进电机的控制、步进电机的控制6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计
87、汰验粘毯惠挂邀镜豺埠谩绳户耐琵山捍预篙罕苍籽蚤篷庆暇洼蹭灭抿硕徒进给伺服系统进给伺服系统8/25/202495数数控控技技术术正转；三相六拍正转；三相六拍 A-AB-B-BC-C-CA-A A-AB-B-BC-C-CA-A当当X X“1 1”时，每来一个脉冲（时，每来一个脉冲（CPCP），则电动机正转一步），则电动机正转一步当当X X“0 0”时，每来一个脉冲（时，每来一个脉冲（CPCP），则电动机反转一步），则电动机反转一步左狠笨吧若根蔼承泡渔防欺冻颇蹬妙朽劈孽泄忻笋莲伺牺渐烬催寇民污欢进给伺服系统进给伺服系统8/25/202496数数控控技技术术2)软件脉冲分配l假设计算机并行接口PA0、
88、PA1、PA2分别与步进电动机的ABC三相对应，且EPROM表格首地址2000HA-AB-B-BC-C-CA-AA-AB-B-BC-C-CA-A6、步进电机的控制、步进电机的控制6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计琅戳偏踪衍疹赦筏冒券鄙蔑企求历帽程沥桌艳走搞奔贬潦沮碍俘曰线墨隔进给伺服系统进给伺服系统8/25/202497数数控控技技术术6、步进电机的控制、步进电机的控制6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计佃桶函杯贱读戈虾仰咙求儿凰点前刁美萍膨粱慷沪钻犀眯匈烁
89、缓庆与袄漂进给伺服系统进给伺服系统8/25/202498数数控控技技术术l硬件环分控制CP的频率l软件环分控制相邻两次软件环形分配器输出状态之间的时间间隔延时长短6、步进电机的控制、步进电机的控制速度控制速度控制速度控制速度控制6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计泻殷赶妄冒敲谦炙刷抚皆付奔替踪害虱广拄浴巷囱索送讶础聪泻曹痒淆榜进给伺服系统进给伺服系统8/25/202499数数控控技技术术l起动、停止、速度调节等进给状态的变化起动、停止、速度调节等进给状态的变化l要求步进电动机的脉冲频率作相应变化。要求步进电动机的脉冲频率作相应
90、变化。l失步和过冲现象分别出现在步进电机启动和停止的时候。失步和过冲现象分别出现在步进电机启动和停止的时候。l一般情况下，系统的极限启动频率比较低，而要求的运行速度往往一般情况下，系统的极限启动频率比较低，而要求的运行速度往往比较高。如果系统以要求的运行速度直接启动，因为该速度已超过比较高。如果系统以要求的运行速度直接启动，因为该速度已超过极限启动频率而不能正常启动，轻则可能发生丢步，重则根本不能极限启动频率而不能正常启动，轻则可能发生丢步，重则根本不能启动，产生堵转。启动，产生堵转。l系统运行起来以后，如果达到终点时立即停止发送脉冲串，令其立系统运行起来以后，如果达到终点时立即停止发送脉冲串
91、，令其立即停止，则由于系统惯性作用，电机转子会转过平衡位置，如果负即停止，则由于系统惯性作用，电机转子会转过平衡位置，如果负载的惯性很大，会使步进电机转子转到接近终点平衡位置的下一个载的惯性很大，会使步进电机转子转到接近终点平衡位置的下一个平衡位置，并在该位置停下。平衡位置，并在该位置停下。6、步进电机的控制、步进电机的控制自动升降速控制自动升降速控制自动升降速控制自动升降速控制6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计匝趟夜秒创谎玲偏榷哉母毡近煽炳鸽压劝阜茸绽增讣涯冲贾呈睫埔歹缺瞳进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024100数
92、数控控技技术术l为了防止过冲或失步现象，则要求步进电动机每次频率变为了防止过冲或失步现象，则要求步进电动机每次频率变化量小于其突跳频率值。化量小于其突跳频率值。l即，当步进电动机速度变化较大时，必须按照一定规律完即，当步进电动机速度变化较大时，必须按照一定规律完成一个升速或降速过程成一个升速或降速过程n按直线规律或指数规律按直线规律或指数规律进行加减速控制进行加减速控制淄吮称用瓤刹剑证倒咕溯膛扎氢翠骤请糟绒会样砧携荚僻温杖亮霞涵谐辊进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024101数数控控技技术术l开环进给系统中影响工作台位移精度的主要因素包括如下几个方面：l1) 步进电动机的步距误差。 对于伺
93、服式步进电动机来讲为10角秒30角秒；对于功率式步进电动机来讲为20角秒25角秒。l2) 步进电动机的动态误差。当步进电动机进行单步运行时，存在明显的振荡现象，其超调量约为步距角的2030。进一步当工作于较低频率区时(300Hz500Hz)，还会出现共振现象。l3) 步进电动机的启停误差。在步进电动机启动和停止过渡过程中，电动机的转动总是滞后于控制脉冲。l4) 齿隙误差。例如减速齿轮的传动间隙，滚珠丝杠和螺母副之间的传动间隙等。l5) 滚珠丝杆的螺距累积误差。l6) 滚珠丝杠、螺母支架、轴承等机械部件的受力变形和热变形引起的误差。传动件和支承件的变形.l7) 工作台导轨的误差。7、开环进给系统
94、精度分析、开环进给系统精度分析6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计倔钦垂廖衷面塌畦嗓单仲寻菊跃刊虞衰岿畦良珊磕浙娠滔瞄渤臻比刚将稠进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024102数数控控技技术术l1、细分驱动l2、软件对齿隙、螺距误差补偿等精度补偿措施l3、反馈检测的混合步进系统l4、适当提高系统组成环节的精度8、步进电机的控制、步进电机的控制提高精度的几个措施提高精度的几个措施提高精度的几个措施提高精度的几个措施6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计曙鞭栖敷瑞
95、棱杆罐渊酋诗窍篡赢企找纷太漱哗悔洞细曝氛珊牟嫡乖气挺芥进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024103数数控控技技术术qq 传动间隙补偿传动间隙补偿传动间隙补偿传动间隙补偿 在整个行程范围内测量传动机构传动间隙，取其平均值存放在数控系统中的间隙补偿单元，当进给系统反向运动时，数控系统自动将补偿值加到进给指令中，从而达到补偿目的。 qq 螺矩误差补偿螺矩误差补偿螺矩误差补偿螺矩误差补偿 虽然滚珠丝杆精度较高，但是总不可做的绝对精确，它的螺距总是存在着一定的误差的，利用计算机的运算处理能力，可以补偿滚珠丝杠的螺矩累积误差，以提高进给位移精度。 方法：首先测量出进给丝框螺距误差曲线(规律)，然后可采
96、用下列两种方法实现误差补偿：硬件补偿、软件补偿硬件补偿、软件补偿硬件补偿、软件补偿硬件补偿、软件补偿。第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统8、步进电机的控制、步进电机的控制提高精度的几个措施提高精度的几个措施提高精度的几个措施提高精度的几个措施6.4.4 6.4.4 步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计步进电机开环系统设计饼侈望多堂勿溪突枉哀嚼鞋济礁鲁岛低锭真囊赞代钓屡往善摈倾尔铰肾秆进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024104数数控控技技术术二. . 闭环、半闭环进给伺服系统闭环、半闭环进给伺服系统 1、闭环进给伺服系统的实现
97、方案分类 按系统的控制信号类型分：按系统的控制信号类型分： 模拟型系统、数字型系统模拟型系统、数字型系统第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统刮私辙健客多跪啄赠难擎苟邮札堪印霖剔府哩熔霸熙录柱玲棱障固佬吐榷进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024105数数控控技技术术2、模拟型系统： 特特特特征征征征：这这类类系系统统全全部部采采用用模模拟拟元元件件构构成成；其其输输入入（控控制制）信信号号、输输出出的的位位置置、速速度度信信号号也也是是模模拟量；速度和位置检测元也是模拟式的。拟量；速度和位
98、置检测元也是模拟式的。第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统韭辊跋脖袒僚凿巍畦佛畔厕诺都辙垄临炸减讲即衙酸俱赠豹确彬蛔倦介功进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024106数数控控技技术术 特点特点特点特点：抗干扰能力强，一般不会因峰值误差导致致命的误动作。可用常规仪器仪表（示波器，万用表等）直接读取信息， 易于随时把握系统工作的基本情况。对弱信号信噪分离困难，控制精度的提高受到限制。在零点附近容易受到温度漂移的影响，使位置控制产生漂移误差。位置、速度调节器的结构和参数调整困难，适应负载变化的
99、能力较差。 模拟系统这种本质缺陷，使它很难满足高精度位置伺服控制的要求，目前已逐渐被数字伺服系统所取代。第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统钳馆独疯娜扎歪漫舟八檀擎啥犁往礁伴众暑弟吾伏淆握着怒蒋拿葡傍杖闭进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024107数数控控技技术术3、数字型系统： 特特特特征征征征：这类系统是指至少其位置环控制与调节采用数字控制技术，即位置指令和反馈信号都不再是模拟信号，改用数字信号（逻辑电平脉冲信号）的系统。第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控
100、制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统赤整舔疆媚耍臂洲埋慰来择官帛写塘售营搽循才牲孟进帕搂抒扼唯太胁己进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024108数数控控技技术术特点：特点：特点：特点：可以通过增加数字信息的安长，来满足要求的控制精度。可以通过增加数字信息的安长，来满足要求的控制精度。对对逻逻辑辑电电以以下下的的漂漂移移、噪噪声声不不予予晌晌应应，零零点点定定位位精精度度可可以以得得到充分保证。到充分保证。容容易易对对其其结结构构和和参参数数进进行行修修改改（根根据据控控制制要要求求），且且易易于于与与计算机进行数据交换。计算机进行数据交换。噪噪声声
101、峰峰值值大大于于逻逻辑辑电电平平时时，对对数数据据的的最最高高位位和和最最低低位位的的干干扰扰出错程序是相同的，这种错误可能导致系统致命的危害。出错程序是相同的，这种错误可能导致系统致命的危害。传传送送数数据据的的数数字字电电路路要要求求具具有有很很宽宽的的频频带带。以以保保证证脉脉冲冲上上、下降沿有足够的陡峭度。下降沿有足够的陡峭度。抑制干扰、防止数据出错，是数字伺服系统设计成功的关键抑制干扰、防止数据出错，是数字伺服系统设计成功的关键抑制干扰、防止数据出错，是数字伺服系统设计成功的关键抑制干扰、防止数据出错，是数字伺服系统设计成功的关键。第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置
102、控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统世厩婉揉佰海气胯含韧诬塌隆近插剪材籍殆粪完播卢硷帖裔起膜嗜斟能燃进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024109数数控控技技术术4、 数字伺服系统的类型第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统幻直煞删扎忘擒昧讼韩臆降液勉巴氮疯桐懂柑加乌从拢载保鞠吝辩济硒妓进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024110数数控控技技术术5、举例半软件型伺服系统 这这种种系系统统的的位位置置控控制制采采用用软软硬硬件件组组成成，
103、速速度度控控制制仍采用模拟方式，系统组成如图所示：仍采用模拟方式，系统组成如图所示：+调节运算调节运算零漂补偿零漂补偿硬件硬件速度控速度控制与驱制与驱动单元动单元D/A软件软件位置控制位置控制ZA、BD0-+-F/V倍频倍频计数器计数器工作台工作台PG电机电机+DAV1SV0U0UADU实际位置计算实际位置计算DA指指令令位位置置计计算算D0 / nZ第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统熊享忧酚混峡愉纯兴先垃歪建睬扬膛菇型娃敌佬椭泰暇绳平吊编垣马鹃趟进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024
104、111数数控控技技术术位置控制的软件现可以由NC装置的CPU实现，也可以由位置控制板上自带的CPU实现。位置控制的调节运算部分由软件实现，增加了灵活性：调节器的参数可以通过进行修改、设定调节器的参数可以通过进行修改、设定调调节节算算法法可可以以采采用用较较复复杂杂的的算算法法，以以提提高高控控制制性性能能（变结构、变增益）（变结构、变增益）可增加许多辅助功能（故障诊断、脉冲当量变换等）可增加许多辅助功能（故障诊断、脉冲当量变换等）零点漂移可通过软件进行补偿零点漂移可通过软件进行补偿第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺
105、伺服服服服系系系系统统统统称粗攒钳蓟镑堪锥绘物磺估含戚房弟匣媒状馈榔最荧绘炊嫩棒夺堕浑缠座进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024112数数控控技技术术由于这种系统的速度单元仍是模拟型的，全硬件型系统中存在的问题并未明显解决，如它的内环参数（速度、电流）和位置环中D/A转换器的位数依然是固定的。因此难以兼顾负载惯量大的变化。不过，由于利用软件采用一些补偿措施，这就使得半软件位置伺服系统的位置控制精度和控制性能要高于全硬件型的位置伺服系统。第四节第四节 典型进给伺服系统典型进给伺服系统(位置控制位置控制)第第第第六六六六章章章章 进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统的但酸酣借荔滥涟
106、杨您幸甚挫兜在瘴窿托妆彩质环录洪辑址愧焚投绑扭跺进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024113数数控控技技术术内容小结内容小结1、步进电机及其驱动装置。2、直流伺服电机及驱动。3、交流伺服电机及驱动。4、开环进给伺服系统。5、闭环、半闭环进给伺服系统。亚帮荤耪纬裳生董护松口卯攘赃土梅去粳氟沼竞舟裸民纳掀搂远择国疡星进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024114数数控控技技术术习题与思考题习题与思考题1、简述速度控制单元主要作用。2、简述进给驱动系统的特点（与主运动（主轴）系统比较） 。3、简述提高步进电机开环伺服系统传动精度的措施。唐再钎绽串超黍缩学毒农我诞咐妄滔掠驭硝核猛焕祖钎独磋讼役膳率掩痊进给伺服系统进给伺服系统8/25/2024115数数控控技技术术
