【正文】 組成： 1. 按其控制對象和使用目的分類 進給驅動： 控制機床各軸的切削進給運動 , 含速度控制和位置控制，也是一般概念的伺服驅動系統(tǒng)； 主軸驅動： 控制主軸的旋轉和切削過程的轉矩和功率，要求有足夠的功率、寬的恒功率調節(jié)范圍及速度調節(jié)范圍； 輔助驅動： 采用簡易的位置控制，如控制刀庫的輔助系統(tǒng)。 數(shù)控機床的驅動系統(tǒng)分類 按調節(jié)理論分類 （ 1）開環(huán)伺服系統(tǒng)： 無檢測反饋控制通道， 由步進電機、驅動電路、傳動機構組成。 按調節(jié)理論分類 （ 3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)： 采用 角位移檢測元件 對電機軸或滾珠絲杠的角位移進行測量反饋 ， 其精度處于開環(huán)與閉環(huán)之間，安裝調試方便。 數(shù)控機床的驅動系統(tǒng)分類 定位精度 ：移動件到達指令位置的準確度。 電脈沖數(shù)決定位移量； 電脈沖頻率決定位移速度； 電脈沖相序決定位移方向。 ，轉子齒數(shù)假定只有 4個齒） （ 1） 步進電機的結構與工作原理 ? 若通電脈沖的次序為 A、 B 、 C 、 A… ，轉子將以逆時針方向一步步地旋轉。 ； 單雙六拍 步距角 15176。 ）、脈沖當量 δ （ mm/脈沖）、 傳動比 λ四者的關系為： δ = Sα λ /360 （ 1） 步進電機的結構與工作原理 公式 ： δ = Sα λ/360， 如何進行推導？ 假設電機轉一圈時工作臺對應的位移量為 S1，則有： S1=360δ /α ， λ =N電機 /N絲杠 =S1/S； 即 : λ =(360δ /α )/S=(360δ )/Sα 整理后，得： δ =Sαλ /360 （ 1） 步進電機的結構與工作原理 工作臺的進給速度 V(mm/min)、脈沖當量 δ (mm/脈沖 )、進給脈沖頻率 f(Hz)三者的計算公式 ： V= 60δ f。）。時，轉子齒左右兩邊所受的磁拉力相等而相互抵消，暫時有靜轉矩 T=0，稱為不穩(wěn)定平衡點。 ：通過軟件方式來實現(xiàn)，常用的設計方法有查表法、比較法、位移寄存器法等。永磁式磁極由永磁材料制成，他勵式磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，外繞線圈通以直流電流便產生恒定磁場。因此數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)一般都是可逆系統(tǒng)，后兩種方法不能滿足數(shù)控機床的要求。 這種保持電流不變的特性，將使系統(tǒng)能： ①自動限制最大電流； ②能有效抑制電網電壓波動的影響。每相內二個觸發(fā)脈沖相差 180186。 120176。此時測速反饋信號也增大，與大的速度給定相匹配達到新的平衡，電機以較高的轉速運行。 圖中二極管為續(xù)流二極管，當 K斷開時，由于電樞電感的存在，電機電樞電流 Ia可通過它形成回路而繼續(xù)流通。 直流電機的缺點 ：它的電刷和換向器易磨損 ， 換向時產生火花 ， 使電機的最高轉速受到限制 ， 也使應用環(huán)境受限制 ，其結構復雜 ， 成本高 。 主要環(huán)節(jié)： 為交流電機提供變頻、變壓電源的變頻器。 調速 加速度控制 轉矩控制 交流伺服電機的矢量控制調速 ?交流永磁同步電動機的矢量控制原理 ：在普通的三相交流永磁同步電動機上模擬直流電動機轉矩控制的規(guī)律，通過建立永久磁鐵磁場、電樞磁動勢和轉矩的關系，在調速過程中，通過控制電流（ 即對電動機定子電流矢量的相位和幅值進行控制 ）來實現(xiàn)對轉矩的控制。 ? 步驟：先將交流電機的三相繞組等效成二相繞組 ， 再進一步等效為兩個正交的直流繞組 ， 構成正交的坐標系的兩個軸 。 在旋轉的正交坐標系中 ，交流電機的數(shù)學模型和直流電機的數(shù)學模型是一樣的 ，從而使交流電機像直流電機一樣 ， 能對其轉矩進行有效控制 。 交流電機容量也比直流電機容量大 ，可達更高的電壓和轉速 。 ① 等效原理：把正弦分 成 n 等分，每一區(qū)間的面 積用與其相等的等幅不等 寬的矩形面積代替。 交流伺服電機 ? 特點： 結構簡單、可靠性高、維護方便。 脈寬的連續(xù)變化使電樞電壓的平均值隨著變化，從而達到調節(jié)電機轉速的目的。 ③電網波動 ：電流調節(jié)器通過電流反饋信號還起快速的維持和調節(jié)電流作用，如電網電壓突然短時下降，整流輸出電壓也隨之降低，在電機轉速由于慣性還未變化之前，首先引起主回路電流的減小，立即使電流調節(jié)器的輸出增加，觸發(fā)脈沖前移，使整流器輸出電壓恢復到原來值，從而抑制了主回路電流的變化。 60176。為保證合閘后兩個串聯(lián)可控硅能同時導通，或已截止的相再次導通， 采用雙脈沖控制。 穩(wěn)態(tài)時： 0n s n fn s n s nU U U U n U n??? ? ? ? ? ? ? ?其物理意義 ：當 Usn為一定的情況下，由于速度調節(jié)器 ASR的調節(jié)作用，轉速 n將穩(wěn)定在 Usn/α 的數(shù)值上。目前主要用 晶閘管調速控制方式（即可控硅 SCR）和 晶體管脈寬調速控制方式 （ PWM）來提供可調的直流電源。又稱為電樞，由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時，在定子磁場作用下產生帶動負載旋轉的電磁轉矩。 ） i 為傳動系統(tǒng)的傳動比 圓周進給 : ??????wkwZZZZnni211傳動比： 開環(huán)控制系統(tǒng)步進電機的計算和選用 ? 輸出轉距 ： 通常取負載轉矩與最大靜轉矩的比值為 TL/Tjmax=～ ? 步距角： 步距角與系統(tǒng)應匹配，即應滿足脈沖頻率應與系統(tǒng)要求的啟動、連續(xù)運行頻率匹配。 矩角特性上的電磁轉矩的最大值稱為 最大靜態(tài)轉矩 Tjmax. 步進電機的主要性能指標 啟動矩頻特性 ： 描述步進電機起動頻率與負載力矩的關系曲線稱為啟動矩頻特性。 步進電機的主要性能指標 步進電機的靜態(tài)轉矩 T與失調角 θ e ： ? 步進電機為空載即 T=0，轉子在失調角 θ e=0處穩(wěn)定，此時通電相的定子齒與轉子齒對齊；在靜態(tài)運行情況下，如有外力使轉子齒偏離定子齒，在 180176。 （ 1） 步進電機的結構與工作原理 思考題：如圖所示的開環(huán)步進電機位置控制系統(tǒng)，已知負載力 F=2021N，工作臺長 L=400mm，定位精度為177。 步進電機定子繞阻通電狀態(tài)每改變一次，它的轉子轉過一個固定的角度，稱為步進電機的 步距角 ； 改變步進電機定子繞阻的通電順序，其轉子的旋轉方向隨之改變 。上述的通電方式稱為三相單三拍。 （ 1） 步進電機的結構與工作原理 圖 74 單段式三相反應式步進電機結構原理 圖 75 展開后的步進電機齒距 N S 反應式步進電機 （ 可變磁阻式步進電機 、 VR步進電機 ） 結構； 工作原理：當某相定子磁極勵磁后 ， 吸引轉子使轉子的齒與該相定子磁極上的齒對齊 （ 電磁吸引原理 ） 。 數(shù)控機床對驅動系統(tǒng)的要求 調速范圍寬 （ 調速范圍：最低轉速到最高轉速的范圍 nmin/nmax ） 由于工件材料 、 刀具以及加工要求各不相同 ， 要保證數(shù)控機床