第5章 数控机床的驱动与位置控制终.ppt

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1、伺服系统的驱动元件进给驱动主轴驱动常用的检测装置第5章数控机床的驱动与位置控制概述位置控制5.1概述第5章数控机床的驱动与位置控制伺服系统的组成图5-1半闭环进给伺服系统结构组成：一般由控制调节器、功率驱动装置、检测反馈装置和伺服电机四部分组成。第5章数控机床的驱动与位置控制伺服系统的组成5.1概述5.1概述第5章数控机床的驱动与位置控制伺服系统的分类第5章数控机床的驱动与位置控制5.2伺服系统的驱动元件第5章数控机床的驱动与位置控制5.2伺服系统的驱动元件(1)电动机从最低转速到最高转速范围内应都能平滑地运转；转矩波动要小，尤其在最低转速时，

2、仍要有平稳的速度而无爬行现象；(2)电动机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求；(3)电动机应可控性好、转动惯量小、响应速度快；(4)电动机应能承受频繁的启动、制动和反转。对伺服驱动元件即伺服电动机的要求：第5章数控机床的驱动与位置控制5.2伺服系统的驱动元件1.步进电动机5.2伺服系统的驱动元件第5章数控机床的驱动与位置控制三相反应式步进电机结构(1)步进电动机的结构有永磁式(PM,permanentmagnet),磁阻式即反应式(VR,variablereluctance)和混合式(HB,hybrid)等。电机的定子和转子

3、铁心通常由硅钢片叠成。定子和转子均匀分布着很多小齿。定子上有A、B、C三对磁极，在相对应的磁极上绕有A、B、C三向控制绕组。其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。第5章数控机床的驱动与位置控制5.2伺服系统的驱动元件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，并每次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。每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。(2)步进电动机的工作原理步进电动机工作原理第5章数控机床的驱动与位置控制5.2伺服系统的驱动元件

4、三相单三拍：A→B→C→A→…(转子逆时针转动）A→C→B→A→…（转子顺时针转动）三相双三拍：AB→BC→CA→AB→…(转子逆时针转动）AC→CB→BA→AC→…(转子顺时针转动）按通电顺序不同，其运行方式有三相单三拍、三相双三拍和三相单双六拍三种。特点：(1)每输入一个脉冲，转子转过1/3齿距，步距角为30°。(2)步进电动机的转速决定于控制绕组与电源接通和断开的脉冲变化频率。(3)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。

5、第5章数控机床的驱动与位置控制5.2伺服系统的驱动元件三相六拍：A→AB→B→BC→C→CA→A…(转子逆时针转动）A→AC→C→CB→B→BA→A…(转子逆时针转动）特点：(1)每输入一个脉冲，转子转过1/6齿距，步距角为15°。(2)这种控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半，因而精度更高，且转换过程中始终保证有一个绕组通电，工作稳定，因此这种方式被大量采用。特点：(1)有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，因此其步距角仍为30°。(2)由于每次有二相绕组通电，而且切换时总保持一相绕组通电，所以工作比较稳定，避免了单三拍通电方式的弱点。第5

6、章数控机床的驱动与位置控制5.2伺服系统的驱动元件(2)步进电动机的主要特性0360mzka=m—定子相数；z—转子齿数；k—拍数与相数的比例系数1).步距角与歩距误差步距角指步进电机定子绕组通电状态每改变一次，转子转过的角度。常见的步距角0.60/1.20,0.750/1.50,0.90/1.80,10/20,1.50/30等。步距角越小,控制越精确。步距误差直接影响执行部件的定位精度。m相m拍，k=1,m相2m拍，k=2第5章数控机床的驱动与位置控制5.2伺服系统的驱动元件图5-5步进电动机静态矩角特性曲线2).矩角特性、最大静态转矩Mjm

7、ax和起动转矩Mq第5章数控机床的驱动与位置控制5.2伺服系统的驱动元件4).连续运行的最高工作频率最高工作频率指步进电机连续运行时，不丢步运行的极限频率。5).加减速特性加减速特性是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，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。6).矩频特性与动态转距矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系。3).启动频率启动频率指空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进入不丢步的正常运行的最高频率。步进电动机的矩频特性步进电动机加减速特性曲线第5章数控机床的驱动与位置控制5

8、.2伺服系统的驱动元件2.直流伺服电动机(1)直流伺服电机的分类与特点a.小惯量直流伺服电机结构一般为永磁式，长径比大，转动惯量小，响应速度快，但过载