《机床数控技术 第4版》课件 第7章 数控机床的伺服系统

机床数控技术2第七章数控机床的伺服系统7.4直流伺服电动机控制系统7.3交流伺服电动机控制系统7.2步进电动机控制系统7.1概述第七章数控机床的伺服系统

机床伺服系统接受来自数控装置的指令，控制伺服电动机驱动机床的各运动部件，按指定的速度与目标位置运行，达到工件加工所需要的外形与尺寸。4第七章数控机床的伺服系统7.1概述电机机械执行部件CNC插补指令伺服驱动功率放大位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈开环系统半闭环系统5第七章数控机床的伺服系统7.1概述位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈全闭环系统6第七章数控机床的伺服系统7.2步进电动机控制系统步进电动机又称电脉冲马达。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。步距角

输入一个电脉冲

电机就转过一个相应角度。转子的角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数量及其频率成正比。7第七章数控机床的伺服系统（一）步进电动机的工作原理B

假设三相电源供电，定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相，采用Y连接，假设转子有四个齿。ACIAIBIC定子转子8第七章数控机床的伺服系统

由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此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的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。BCIAIBIC9第七章数控机床的伺服系统1.三相单三拍运行方式CA'BB'C'A3412

A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：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。10第七章数控机床的伺服系统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'A11第七章数控机床的伺服系统

这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。

按ABCA……的顺序给三相绕组轮流通电，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)。12第七章数控机床的伺服系统CA'BB'C'A3412

A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。2.三相六拍运行方式

按AABBBCCCA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。第七章数控机床的伺服系统CA'BB'C'A3412A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15

，到达左图所示位置。

A、B相同时通电，第七章数控机床的伺服系统CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15

。第七章数控机床的伺服系统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

。第七章数控机床的伺服系统

三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AABBBCCCA，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，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A34123412CA'BB'C'A第七章数控机床的伺服系统AB通电CA'BB'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412

与单三拍方式相似，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)。3.三相双三拍运行方式

按ABBCCA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。第七章数控机床的伺服系统A

B

C

D4.四相通电的情景（1）单四拍通电（2）双四拍通电AB

BC

CD

DA（3）四相八拍通电A

AB

B

BC

C

CD

D

DA第七章数控机床的伺服系统

从以上对三相步进电动机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：

—步距角Z—转子齿数K—每个通电循环周期的拍数m—给电的相数第七章数控机床的伺服系统

步进电机由转子和定子两部分组成，下图中三相定子A、B、C，三相每相两极：AA’,BB’,CC’，每极上5个齿。齿距角9度

为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的第七章数控机床的伺服系统

定子上线圈的绕法

转子（40齿）

齿距角9度第七章数控机床的伺服系统A相

B相C相定子转子定子转子定子转子B相C相第七章数控机床的伺服系统

由于交流电动机可变速驱动系统控制的数字化，使得交流电动机的驱动大范围平滑调速成为现实，且其具有结构简单，容易维护和转子转动惯量小，可经受高速运转等优点。7.3交流伺服电动机控制系统第七章数控机床的伺服系统7.3交流伺服电动机控制系统交流伺服电动机的内部结构第七章数控机床的伺服系统Nsnsnr

θ

SsSNf:电源频率p:定子磁极对数交流伺服电动机的定子绕组在接通三相交流电或两相交流电，产生圆形或近似椭圆形旋转磁场(Ns,Ss)以同步转速ns旋转。第七章数控机床的伺服系统交流伺服电机的优点:结构简单、成本低较硬的机械特性转子的转动惯量小`机械特性：转速受负载影响的程度第七章数控机床的伺服系统交流伺服电动机驱动系统实例上海开通数控KT220系统第七章数控机床的伺服系统7.4直流伺服电动机控制系统RdIdIdFUaEdΦUd=E