第6章数控机床的伺服驱动系统.docPPT课件

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6.2 步进电机及其驱动控制系统
磁极C又将吸引转子的1、3齿与之对齐，使转子又按逆时针旋转30°，依此类推。若定子绕组按A→B→C→A→… 的顺序通电，转子就一步步地按逆时针转动，每步30°。若定子绕组按A→C→B→A→…的顺序通电，则转子就一步步地按顺时针转动，每步仍然30°。这种控制方式叫三相三拍方式，又称三相单三拍方式。
6.2 步进电机及其驱动控制系统
步进电机是开环伺服系统(亦叫步进式伺服系统)的驱动元件。控制系统的结构简单、控制容易、维修方便，控制为全数字化(即数字化的输入指令脉冲对应着数字化的位置输出)，随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其他硬件电路均可由软件实现，从而简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的可靠性。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
6.2.1步进电机的分类
1、根据相数分类步进电机有二、四、五、六相等几种，相数越多，步距
角越小，而且采用多相通电，可以提高步进电机的输出转矩。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
2、根据力矩产生的原理分类分为反应式和永磁反应式(也称混合式)两类。反应式步进电机的定子有多相磁极，其上有励磁绕组，而转子无绕组，用软磁材料制成，由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。永磁反应式步进电机的定子结构与反应式相似，但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，这样可提高电机的输出转矩，减少定子绕组的电流。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
1、三相三拍工作方式在图6-2中，设A相通电，A相绕组的磁力线为保持磁阻
最小，给转子施加电磁力矩，使磁极A与相邻转子的1、3齿对齐；接下来若B相通电，A相断电，磁极B又将距它最近的 2、4齿吸引过来与之对齐，使转子按逆时针方向旋转30°；下一步C相通电，B相断电，
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
6.2.2步进电机的工作原理
以反应式步进电机为例说明其工作原理。反应式步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有激磁绕组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠磁极对齿的吸合工作。如图6-1所示为三相步进电机，定子上有三对磁极，分成A、B、C三相。为简化分析，假设转子只有4个齿。
6.2 步进电机及其驱动控制系统
如图6-1所示，设一三相多段反应式步进电机的三相分别为A、B、C，则A段里的定子齿和转子齿是对齐的，B段和C 段里的定子齿和转子齿则不对齐，一般错开齿距的I/m(m 为定子相数)，齿距为360°/转子齿数。若从A相通电变化到 B相通电，则使B段里的定子齿和转子齿对齐，转子转动一步。使B相断电，C相通电，则电机以同一方向再走一步。再使A相单独通电，则再走一步，A段里的定子齿和转子齿再一次完全对齐。不断按顺序改变通电状态，电机就可连续旋转。若通电方式为A→B→C→A→…，则通电状态的三次变化使转子转动一个齿距；若通电方式为 A→AB→B→BC→C→CA→A…，则通电状态的六次变化使转子转动一个齿距。
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6.1 概述
进给伺服系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节，是数控机床的重要组成部分。数控机床的最高运动速度、跟踪及定位精度、加工表面质量、生产率及工作可靠性等技术指标，往往又主要决定于伺服系统的动态和静态性能。
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6.1 概述
数控机床运动中，主轴运动和伺服进给运动是机床的基本成形运动。主轴驱动控制一般只要满足主轴调速及正、反转即可，但当要求机床有螺纹加工、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ停和恒线加工等功能时，就对主轴提出了相应的位置控制要求。此时，主轴驱动控制系统可称为主轴伺服系统。
第六章数控机床的伺服驱动系统
6.1 概述 6.2 步进电机及其驱动控制系统 6.3 直流伺服电机及其速度控制系统 6.4 交流伺服电机及其速度控制系统 6.5 位置控制
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6.1 概述
数控机床伺服系统是以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称随动系统、拖动系统或伺服机构。在数控机床上，伺服驱动系统接收来自 CNC装置(插补装置或插补软件)的进给指令脉冲，经过一定的信号变换及电压、功率放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动，这些轴有的带动工作台，有的带动刀架，通过几个坐标轴的综合联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出所要求的复杂形状工件。
6.2 步进电机及其驱动控制系统
4、根据结构分类步进电机可制成轴向分相式和径向分相式，轴向分相式
又称多段式，径向分相式又称单段式。单段反应式步进电机，是目前步进电机中使用最多的一种结构形式。还有一种反应式步进电机是按轴向分相的，这种步进电机也称为多段反应式步进电机。
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在加工中心上，为了实现自动换刀，要求主轴能进行高精确位置的停止。
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6.1 概述
(3)角度分度控制角度分度控制有两种类型：一是固定的等分角度控制；
二是连续的任意角度控制。任意角度控制是带有角位移反馈的位置伺服系统，这种主轴坐标具有进给坐标的功能，称为 “C”轴控制。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
3、根据输出力矩的大小分类根据输出力矩的大小可将步进电机分为两类：伺服步进
电机和功率步进电机。伺服步进电机又称为快速步进电机，输出力矩在几十到数百N·m，只能带动小负载。功率步进电机输出力矩在5～50N·m以上，能直接驱动工作台。
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6.1 概述
1、数控机床对进给伺服系统的要求有： (1)高精度 (2)稳定性好 (3)快速响应 (4)电机调速范围宽 (5)低速大转矩 (6)可靠性高
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6.1 概述
2、对主轴伺服系统，除上述要求外，还应满足如下要求： (1)主轴与进给驱动的同步控制
为使数控机床具有螺纹和螺旋槽加工的能力，要求主轴驱动与进给驱动实现同步控制。 (2)准停控制