數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)(1)(編輯修改稿)
2025-06-19 21:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 生轉(zhuǎn)矩。 ? 定子繞組所加電源要求是脈沖電流形式，也稱為脈沖電機。 ? 步進電機定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，即送給步進電機一個電流脈沖，其轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個確定的角度，即步距角 α；脈沖數(shù)增加，角位移也增加；無脈沖時，電機停止。 ? 改變步進電機定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向改變。 ? 步進電機定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度越快，即脈沖頻率越高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高；但脈沖頻率不能過高，否則產(chǎn)生失步或超步。 4. 反應(yīng)式步進電機主要特征 （ 1）步距角和靜態(tài)步距誤差 ? 步進電機步距角 α與定子繞組的相數(shù) m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z、通電方式 k有關(guān)，即有： α＝ 360176。 /(mzk)。 ? 其中： m相 m拍時， k＝ 1； m相 2m拍時， k＝ 2，依此類推。例如，三相三拍， z＝ 40時， α＝ 360176。 /(3 40 1)＝ 3176。 。 ? 靜態(tài)步距誤差：在空載情況下，理論的步距角與實際的步距角之差，以分表示，一般在 10′ 之內(nèi)。 ? 步距誤差主要由步進電機步距制造誤差，定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻以及各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等因素造成。 （ 2）靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與矩角特性 ? 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩：當(dāng)步進電機某相通電時，轉(zhuǎn)子處于不同狀態(tài)，此時在電機軸上加一個負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就按一定方向轉(zhuǎn)過一個角度 θ，此時轉(zhuǎn)子所受的電磁轉(zhuǎn)矩 M即為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。 ? 矩角特性：靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 M與 θ的關(guān)系。 （ 3）啟動頻率 ? 啟動頻率：空載時，步進電機由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動，并進入不丟步的正常運行的最高頻率。 ? 步進電機帶負載下的啟動頻率要比空載啟動頻率低，并隨負載增加而進一步降低。 （ 4）連續(xù)運行的最高工作頻率 ? 最高工作頻率：步進電機啟動后，保證連續(xù)不丟步運行的最高工作頻率。 ? 決定了定子繞組通電狀態(tài)下最高變化的頻率，即決定了步進電機的最高轉(zhuǎn)速。 （ 5）加減速特性 ? 加減速特性：步進電機由靜止刀工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關(guān)系。 （ 6）矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩 ? 矩頻特性：描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉(zhuǎn)矩 M與連續(xù)運行頻率 f之間的關(guān)系。 ? 動態(tài)轉(zhuǎn)矩：矩頻特性曲線上每個頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。 ? 步進電機正常運行時，動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運行頻率的上升而下降。 步進電機的驅(qū)動控制器 ? 功能：將具有一定頻率 f、一定數(shù)量 N和方向的進給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進電機各相定子繞組通電斷電的電平信號變化頻率、變化次數(shù)和通斷電順序。 ? 驅(qū)動控制器由環(huán)形脈沖分配器和功率放大器組成。 1. 環(huán)形脈沖分配器 ? 功能：將邏輯電平信號（弱電）變換為電機繞組所需的具有一定功率的電流脈沖信號（強電）。即將數(shù)控裝置的插補脈沖，按步進電機所要求的規(guī)律分配給步進電機的各相輸入端，以控制勵磁繞組的通、斷電。 ? 分類：硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器。 ? 硬件環(huán)形分配器：步進電機驅(qū)動裝置本身帶有環(huán)形分配器。 ? 軟件環(huán)形分配器：驅(qū)動裝置本身無環(huán)形分配器，環(huán)形分配需要軟件完成。 硬件環(huán)形分配器 ? 輸入、輸出信號一般為 TTL電平，輸出信號 A、 B、 C為高電平時表示相應(yīng)繞組通電，低電平時表示相應(yīng)繞組失電。 ? CLK為數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號，每個脈沖信號的上升或下降沿到來時，輸出改變一次繞組的通電狀態(tài)。 ? DIR為數(shù)控裝置發(fā)出的方向信號，其電平高低對應(yīng)電機繞組通電順序的改變，即步進電機的正、反轉(zhuǎn)。 ? FULL/HALF控制電機的整步或半步。 三相六拍環(huán)形脈沖分配器原理圖 軟件環(huán)形脈沖分配器 ? 軟件環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計方法有查表法、比較法、移位寄存器法等。 ? 如圖所示， 8031單片機的 P1口的三個引腳經(jīng)過光電隔離、功率放大后分別與電機的 A、 B、 C連接。 ? 采用三相六拍方式時，電機正轉(zhuǎn)的通電順序為 A－ AB－ B－ BC－ C－ CA－ A－ ????。 ? 電機反轉(zhuǎn)的通電順序為 A－ AC－ C－ CB－ B－ BA－A－ ????。 2. 功率放大器 ? 功能：將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號放大，以用足夠的功率來驅(qū)動步進電機。 （ 1）單電壓功率放大器 （ 2）高低電壓功率放大器 （ 3）斬波恒流功率放大器 （ 4）調(diào)頻調(diào)壓功率放大器 提高步進伺服系統(tǒng)精度的措施 1. 傳動間隙補償 ? 提高機床傳動元件的齒輪、絲杠制造裝配精度并采取消除傳動間隙的措施，只能減少不能完全消除傳動間隙。 ? 機械傳動鏈在改變運動或旋轉(zhuǎn)方向時，最初若干個指令脈沖只能起到消除間隙的作用，造成步進電機的空走，而工作臺無實際移動，從而產(chǎn)生傳動誤差。 ? 補償方法：先測出并存儲間隙大小，接收反向位移指令時，先不向步進電機輸出反向位移脈沖，而將間隙值轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù) N，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，越過傳動間隙，然后按照指令脈沖動作。 傳動間隙補償示意圖 2. 螺距誤差補償 ? 傳動鏈中滾珠絲杠螺距的制造誤差直接影響機床工作臺的位移精度。 ? 補償方法：設(shè)置若干個補償點，在每個補償點測量并記錄工作臺位移誤差，確定補償值并作為控制參數(shù)輸送給數(shù)控裝置。 ? 設(shè)備運行時，工作臺每經(jīng)過一個補償點，CNC系統(tǒng)就加入補償量，補償螺距誤差。 3. 細分線路 ? 細分驅(qū)動：將一個步距角細分為若干步的驅(qū)動方法。 直流伺服電機與速度控制 直流伺服電機 1. 直流伺服電機的類型 ? 按電樞的結(jié)構(gòu)和形狀分：平滑電樞型、空心電樞型和有槽電樞型等。 ? 按定子磁場產(chǎn)生方式分：永磁
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