数控机床及其使用维修 第2版 教学课件 作者 卢斌主编 第7章　数控机床伺服装置与接口.ppt

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1、第7章　数控机床伺服装置与接口第7章　数控机床伺服装置与接口7.1　步进电动机驱动装置7.2　直流伺服驱动装置7.3　交流伺服驱动装置7.4　典型驱动装置及接口技术7.1　步进电动机驱动装置7.1.1　反应式步进电动机1.反应式步进电动机基本构成　步进电动机结构形式有多种，这里介绍单定子反应式步进电动机结构(见图7-1)。图7-1　三相反应式步进电动机结构7.1　步进电动机驱动装置(1)步进电动机定子：定子铁心由硅钢片叠加而成。(2)步进电动机转子：由转子铁心和转轴组成，转子铁心由硅钢片叠加而成。2.反应式步进电动机工作原理(1)单三拍

2、步进电动机：步进电动机的工作原理与一般电动机不同，它是利用电磁铁的电磁力作用使其旋转。图7-2　三相反应式步进电动机工作原理a)A相通电　b)B相通电　c)C相通电7.1　步进电动机驱动装置1)A相通电，则产生A-A，轴线方向的磁通，通过转子形成闭合回路。2)B相通电，则B相定子磁极对转子产生电磁吸力，使转子顺时针方向转过15°，而与B相定子磁极对齐。3)C相通电，则转子又顺时针方向转过15°，而与C相定子磁极对齐，形成周而复始新的错齿。4)定子绕组不断地按照A→B→C→A…的顺序通电，转子就会不断地按顺时针方向一步一步地进行转动。5)

3、如果改变定子绕组通电顺序，按照A→C→B→A…的顺序通电，转子就会不断地按反时针方向一步一步地进行转动。6)实际上，一般步进电动机的步距角不是15°，而是3°或1.5°。7.1　步进电动机驱动装置7)按照A→B→C→A…顺序通电方式，以及按照A→C→B→A…顺序通电方式，称为单三拍方式。(2)单、双六拍步进电动机：步进电动机定子绕组通电顺序A→AB→B→BC→C→CA→A…即首先A相通电，然后AB两相通电，再使A相断电，而使B相保持通电状态，接着BC两相同时通电，依此类推，每切换一次，步进电动机将逆时针方向转动15°，形成三相六拍工作方

4、式。(3)不同节拍步进电动机:在单三拍通电方式下，由于在切换时一相绕组断电，而另一相绕组开始通电，容易造成失步。7.1.2　多段反应式步进电动机7.1　步进电动机驱动装置1.多段反应式步进电动机结构特点　反应式步进电动机按径向分相，这种步进电动机也称为单段反应式步进电动机，是在步进电动机中使用最多的结构形式。图7-3　三段反应式步进电动机剖面图a)纵向剖面　b)横向剖面7.1　步进电动机驱动装置2.多段反应式步进电动机工作原理　沿电动机的轴向长度看，每段转子上的齿都是整齐排列，在不同段所对应的定子齿之间，有不同的相对位置，即在A段的定子

5、齿与转子齿对齐时，B段和C段里的定子齿与转子齿则对不齐。7.1.3　混合式步进电动机1.混合式步进电动机基本构成　与反应式步进电动机一样，混合式步进电动机由定子和转子组成。图7-4　混合式步进电动机结构及转子磁钢产生的磁通回路7.1　步进电动机驱动装置图7-5　混合式步进电动机剖面图2.混合式电动机工作原理　四相混合式步进电动机圆周展开剖面模7.1　步进电动机驱动装置型如图7-6所示，其中定子齿距与转子齿距相同。图7-6　混合式步进电动机工作原理图(展开图)a)S极处剖面　b)N极处剖面7.1　步进电动机驱动装置图7-7　步距角细分示意

6、图7.1.4　步进电动机的细分7.1　步进电动机驱动装置步进电动机的细分就是将脉冲拍数进行细分，或将旋转磁场进行数字化处理，当步进电动机步距角不能满足使用要求时，可采用细分的方法来驱动步进电动机。1.步进电动机细分方式　以三相六拍步进电动机为例(见图7-7)。2.步距角细分原理　两相混合式步进电动机如图7-8所示。图7-8　两相混合式步进电动机结构原理图7.1　步进电动机驱动装置图7-9　混合式步进电动机细分时的控制电流波形7.1.5　步进电动机的使用与比较7.1　步进电动机驱动装置1.步进电动机的使用1)步进电动机的转子具有惯性，起动

7、频率太高容易造成错步或丢步，所以步进电动机起动时要控制起动频率。2)步进电动机驱动装置，接收来自数控机床的脉冲指令，控制步进电动机的通电顺序，将脉冲信号转换为角位移，角位移与脉冲数成严格的比例关系，无积累误差。3)步进电动机的转速与控制脉冲频率成正比，改变控制脉冲的频率，可以在很宽的范围内调节电动机的转速。4)改变绕组的通电顺序，可以方便地控制电动机的正反转。5)在没有控制脉冲输入时，只要维持绕组电流不变，电动机即可有电磁力矩维持其定位位置，不需要附加机械制动装置。2.几种步进电动机的比较7.1　步进电动机驱动装置1)对给定的电动机体积

8、，混合式步进电动机产生的转矩比反应式步进电动机的要大，加上混合式步进电动机的步距角常做得较小，因此在工作空间受到限制而需要小步距角和大转矩的应用中，常常可选用混合式步进电动机。2)混合式步进电动机的绕组未通