数控伺服系统

第八章

数控伺服系统数控伺服系统第1页进给轴：伺服电机+滚珠丝杠+位置检测降低进给轴所需要驱动扭矩提升定位精度运动平稳性数控伺服系统第2页二、步进电机步进电机又称电脉冲马达。它是将电脉冲信号转换成机械角位移执行元件。1定义：输入一个电脉冲

电机就转过一个对应角度。转子角位移大小及转速分别与输入电脉冲数量及其频率成正比。步距角数控伺服系统第3页B定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对绕组组成一相，采用Y连接，假设转子有四个齿。ACIAIBIC定子转子2、步进电动机原理数控伺服系统第4页

因为磁力线总是要经过磁阻最小路径闭合，所以会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。

现以ABCA通电次序，使三相绕组

轮番通入直流电流，观察转子运动情况。BCIAIBIC数控伺服系统第5页1.三相单三拍CA'BB'C'A3412

A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小路径经过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩作用下，转子必定转到左图所表示位置：1、3齿与A、A′极对齐。“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。数控伺服系统第6页CA'BB'C'A3412

同理，B相通电时，转子会转过30

角，2、4齿和B、B´

磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30

角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。1C'342CA'BB'A数控伺服系统第7页

这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包含三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。

按ABCA……次序给三相绕组轮番通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。数控伺服系统第8页CA'BB'C'A3412

A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。2.三相六拍按AABBBCC

CA次序给三相绕组轮番通电。这种方式能够取得更准确控制特征。数控伺服系统第9页CA'BB'C'A3412

A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15

，抵达左图所表示位置。数控伺服系统第10页CA'BB'C'A3412

B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15

。数控伺服系统第11页3412CA'BB'C'AB、C相同时通电，C'、C

磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15

。数控伺服系统第12页三相反应式步进电动机一个通电循环周期以下：AABBBCC

CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90

(齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式步进角更小，更适合用于需要准确定位控制系统中。数控伺服系统第13页AB通电CA'BB'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412与单三拍方式相同，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90

(齿距角)。3.三相双三拍按AB

BC

CA次序给三相绕组轮番通电。每拍有两相绕组同时通电。数控伺服系统第14页

从以上对步进电机三种驱动方式分析可得步距角计算公式：—步距角Zr

—转子齿数m—每个通电循环周期拍数实用步进电机步距角多为3

和1.5

，怎样做?数控伺服系统第15页步进电机由转子和定子两部分组成，下列图中三相定子A、B、C，三相每相两极：AA’,BB’,CC’，每极上5个齿。齿距角9度为了取得小步距角，电机定子、转子都做成多齿数控伺服系统第16页

定子上线圈绕法

转子（40齿）

齿距角9度数控伺服系统第17页A相B相C相定子转子定子转子定子转子B相C相数控伺服系统第18页

通断电方式

三相单三拍：A→B→C→A

三相双三拍：AB→BC→CA→AB

三相六拍：A→AB→B→BC→C→CA→AA相B相C相->表示1个脉冲定子转子定子转子定子转子数控伺服系统第19页1）若步进电机采取分别采取三相单三拍、三相双三拍、三相六拍通电方式，转子齿数为60，则步距角分别为多少？2）三相六拍通电方式中，若控制指令脉冲频率为2400，则步进电机转速为多少r/min?3）三相六拍通电方式中，若控制脉冲数为1000个，则电机转过了多少角位移？练习7数控伺服系统第20页三、伺服电动机伺服电动机可分为两类：伺服电动机又称执行电动机。其功效是将输入电压控制信号转换为轴上输出角位移和角速度，驱动控制对象。交流伺服电动机直流伺服电动机伺服电动机可控性好，反应快速。是自动控制系统和计算机外围设备中惯用执行元件。数控伺服系统第21页直流伺服他励电机原理RdIdIdFUdEdΦ数控伺服系统第22页直流伺服电动机机械特征方程可调整多个参量实现调速，调速性能好。输出扭矩大，过载能力强。电刷和换向器易磨损，最高转速受限制。直流伺服电机逐步被交流伺服电机所取代。特点：数控伺服系统第23页交流同时伺服电