数控技术及应用第6章.pptVIP

数控技术及应用 主编 林其骏 副主编赵仲生 机械工业出版社 主讲教师 范超毅 江汉大学机电工程学院 2008年9月 第六章 数控机床的电气驱动 开环系统—— 开环系统是不带反馈装置的控制系统。 CNC装置发出的指令脉冲，经过功率放大后驱动步进电机旋转，再通过机械传动装置（齿轮和滚珠丝杠副）驱动机床执行部件做轴向运动。 开环系统精度较低，目前，用在一些精度要求不高的经济型数控机床中。 一、开环系统的控制原理 主要是： ●工作台位移量的控制——由进给脉冲的数量控制。 进给脉冲的数量与步进电机的角位移成正比。 ●工作台进给速度的控制——由进给脉冲的频率控制。 进给脉冲的频率与步进电机的角速度成正比。 ●工作台运动方向的控制——改变进给脉冲信号的循环顺序方向，就可以改变步进电机的方向，从而改变工作台的运动方向。 二、步进电机的选择 1、基本概念 步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的电磁机械装置。由于步进电机所采用的电源为脉冲电源，所以步进电机又称为脉冲马达。 步进电机及其伺服系统主要用于数控机床的开环控制，CNC的插补算法是脉冲增量算法。 2、步进电机的分类 常见的分类方法有三种： ●按产生的力矩原理分类 ●按输出力矩的大小分类 ●按定子和转子的数量分类 目前，最常用的分类方法是按产生的力矩原理分类。 根据该分类方法，步进电机可以分为： 励磁式——转子和定子均有绕组，由电磁力矩实现转子的步进进给； 反应式——转子无绕组，由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现转子的步进进给； 混合式——定子结构与反应式基本上相同 ，转子上有永磁钢。 3、反应式步进电机的工作原理 定子——用来产生励磁磁场，其励磁磁场为脉冲式，并且以一定的频率步进式旋转。 转子——随定子磁场一步一步的前进，用来产生转距。 ●如图所示，是三相反应式步进电机的横向截面。 ●定子上有6个磁极，分成A、B、C三相，每相磁极上绕有励磁绕组。 ●转子无绕组，是由带齿的铁心做成的。 ●在图中，若A相通电，转子1、3齿被磁极A吸引过去，当1、3齿与A对起时，转子转动停止； ●此时，若A相断电，B相通电，磁极B又把距它最近的一对齿2、4吸引过去，使转子按逆时针方向转动30°。 ●依此类推，定子按A→B→C→A→… 顺序通电，转子就按顺时针方向转动，每次同样转30°。这种控制方式称为单三拍方式。 “单”——是指每次给定子绕组通电时，只有一相绕组通电； “三拍”——是指步进电机定子绕组的通电状态被切换三次为一个循环。 ●在单三拍控制方式中，由于每次只有一相绕组通电，在切换瞬间失去自锁转矩，容易丢步。 ●为了弥补这个缺陷，在实际应用中常采用双三拍方式。 “双”——是指每次给定子绕组通电时，都有两相绕组通电，既通电顺序为AB→BC→CA→AB→… （逆时针方向转动） 或AC→CB→BA→AC→… （顺时针方向转动）。 ●由于在双三拍控制方式中，每次都有两相绕组通电，而且在切换瞬间总保持有一相绕组通电，所以工作稳定，不容易产生丢步现象。 ●如果通电顺序为： A→AB→B→BC→C→CA→A→…（逆时针方向转动） A→AC→C→CB→B→BA→A→…（顺时针方向转动） 就是三相六拍工作方式，此时转子每次转过30°。 4、步进电机的特点： ●定子绕组的通电状态每改变一次，其转子便转过一定的角度，该角度称为步矩角。 转子转过的总角度（角位移）严格与输入脉冲的数量成正比； ●定子绕组通电状态改变的速度越快，其转子旋转的速度就越快。即通电状态的变化频率越高，转子的转速就越高； ●改变定子绕组的通电顺序，将导致其转子旋转方向的改变； ●若维持定子绕组的通电状态，步进电机便停留在某一位置固定不动，即步进电机具有自锁能力，不需要机械制动。 5、反应式步进电机的结构 （1）径向结构 定子：由两部分组成。 ●定子铁芯——由电工硅钢片叠压而成。 图中有6个，均匀分布。 在定子的端部，均匀分布着5个小齿， 呈梳状排列，齿槽等宽，齿间角为9°。 ●定子绕组——是绕置在定子铁芯上的线圈。图中有6个。 在直径方向上把相对两个齿上的线圈联在一起，构成一个控制绕组，图中有3个控制绕组（A、B、C）。故称之为“三相步进电机”。 若任一绕组通电，便组成一组定子磁极，其方向为图中NS极。 转子：其上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿。其大小和间距与定子上的完全相同。 ●三相定子磁极上的小齿与转子上的小齿，在空间位置上依此错开1/3齿距。 工作原理： ●当A相绕