【正文】 7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 75 75 雙電壓驅(qū)動(dòng) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、工作頻率高 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 76 76 恒流斬波 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 、 工作頻率高 ， 電源效率高 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 77 77 脈沖控制模式選擇 控制信號(hào)輸入 接電動(dòng)機(jī)各相 接電源 接屏蔽地 整、半步選擇選擇 方向選擇 自動(dòng)試機(jī)運(yùn)行 3） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)例 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 78 78 4） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 79 79 6. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為三類(lèi) ： 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 80 80 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 又叫做可變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 。 特點(diǎn)： ① 步距角小，因?yàn)榉磻?yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子是采用軟磁材料做成的，允許的最小步距情況下，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)可以做得很多 。 ② 勵(lì)磁電流較大，要求驅(qū)動(dòng)電源功率較大 。 ③ 電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部阻尼較小 ， 當(dāng)相數(shù)較少時(shí) ， 單相運(yùn)行振蕩時(shí)間較長(zhǎng) 。 ④ 斷電后無(wú)定位轉(zhuǎn)矩 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 81 81 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是轉(zhuǎn)子或定子的某一方具有 永久磁鋼的步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ， 另一方是由軟磁材料制成 。 繞組輪流通電 ， 建立的磁場(chǎng)與永久磁鋼的恒定磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 。 特點(diǎn)： ① 步距角大 ， 這是因?yàn)樵谝粋€(gè)圓周上能形成的磁極數(shù)受到極弧尺寸的限制 。② 控制功率小 ， 效率高 。③ 內(nèi)阻尼較大 ． 單步振蕩時(shí)間短 。④ 斷電后具有一定的定位轉(zhuǎn)矩 。例如濟(jì)南機(jī)床一廠(chǎng)生產(chǎn)的 J1BNC320B數(shù)控機(jī)床上使用的110YG001就是永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 82 82 永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 它是 反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)合 。 所以常稱(chēng)此類(lèi)電動(dòng)機(jī)為混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 。 它可以做成像反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一樣的小步距 ， 也具有永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制功率小的優(yōu)點(diǎn) 。 它常常也作為低速同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 。 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)代表了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最新發(fā)展 。 國(guó)外主流品種 ，國(guó)內(nèi)也已大面積取代反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)成為市場(chǎng)熱點(diǎn) 。 例如濟(jì)南機(jī)床一廠(chǎng)生產(chǎn)的 CK613 CK6125數(shù)控機(jī)床上使用的BYG404就是混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 83 83 直流伺服電動(dòng)機(jī) 采用直流伺服驅(qū)動(dòng)器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽刂频闹绷麟婒?qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī) 。 速度控制單元接受轉(zhuǎn)速指令信號(hào) ， 改變相應(yīng)的直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞電壓 ， 達(dá)到調(diào)速的目的 。 直流伺服驅(qū)動(dòng)器較多的采用晶閘管調(diào)速系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng) 。 調(diào)壓調(diào)速 調(diào)電阻調(diào)速 調(diào)勵(lì)磁調(diào)速 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 84 84 調(diào)壓調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方法 ? 發(fā)電機(jī)調(diào)壓（ GM） ? 可控硅調(diào)壓（ SCR） ? 脈寬調(diào)制調(diào)壓（ PWM） 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 85 85 位置伺服工作原理 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 86 86 (1) 永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī) 永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)系指以永磁材料獲得勵(lì)磁磁場(chǎng)的一類(lèi)直流電動(dòng)機(jī) 。 永磁式直流電動(dòng)機(jī)具有體積小 、 轉(zhuǎn)矩大 、 轉(zhuǎn)矩和電流成正比 、 伺服性能好 、 反應(yīng)迅速 、 功率體積比大 、 功率質(zhì)量比大 、 穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn) 。 永磁式直流電動(dòng)機(jī)能在較大過(guò)載轉(zhuǎn)距下長(zhǎng)時(shí)間工作 。 它的轉(zhuǎn)子慣量較大 ， 可以直接與絲杠相連而不需中間傳動(dòng)裝置 。 永磁式直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是需要電刷 ，限制了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高 ， 永磁直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)同一般直流電動(dòng)機(jī)相似 ， 但電摳鐵心長(zhǎng)度對(duì)直徑的比大些 ． 氣隙較小 ， 在相同功率的情況下 ， 轉(zhuǎn)子慣量較小 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 87 87 (2)小慣量直流電動(dòng)機(jī) 小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ， 很適合于要求有快速響應(yīng)的伺服系統(tǒng) ，但其過(guò)載能力低 ， 電樞慣量與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)匹配較差 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 88 (3)寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī) 寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)是通過(guò)提高轉(zhuǎn)矩來(lái)改善其性能的 。 特點(diǎn)： 輸出轉(zhuǎn)矩大 ， 可以直接與絲杠相連； 過(guò)載能力強(qiáng) ， 過(guò)載轉(zhuǎn)據(jù)可達(dá) 5～ 10倍； 動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好 ， 定子采用的是強(qiáng)磁材料 ， 可使電流過(guò)載 10倍而不去磁 。 加速轉(zhuǎn)據(jù)較大 。 調(diào)速范圍寬且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)； 易于調(diào)試 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 89 89 (三 ) 交流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)沒(méi)有直流伺服電動(dòng)機(jī)上述的缺點(diǎn) ，而且轉(zhuǎn)子慣量比直流伺服電動(dòng)機(jī)小 ， 使其動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 。 在同樣體積下 ， 交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率可比直流伺服電動(dòng)機(jī)提高 10％ － 20％ 。 交流伺服電動(dòng)機(jī)的容量可以做得比直流伺服電動(dòng)機(jī)大 ． 達(dá)到更高的電壓轉(zhuǎn)速 。 從 80年代后期開(kāi)始 ， 交流伺服電動(dòng)機(jī)逐漸替代直流伺服電動(dòng)機(jī)占據(jù)主要位置 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 90 90 (三 ) 交流伺服電動(dòng)機(jī) 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 91 91 采用改變交流伺服電動(dòng)機(jī)的供電頻率的方法來(lái)達(dá)到電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的 。 對(duì)于永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī) ，由于其轉(zhuǎn)速和電源頻率保持同步關(guān)系 ， 所以只要控制電源的頻率即可控制電動(dòng)機(jī)速度 。 而感應(yīng)式異步交流伺服電動(dòng)機(jī)是基于定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在鼠籠式轉(zhuǎn)子短路繞組中感應(yīng)出電流 ， 再由此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁力而工作的 。 因此 ， 速度和扭矩不能像直流電動(dòng)機(jī)那樣可獨(dú)立控制 ， 所以控制較為復(fù)雜 ， 現(xiàn)在主要采用矢量控制原理 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 92 交流伺服電機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能比較 啟動(dòng)平穩(wěn) ， 不會(huì)失步； 在低速運(yùn)行和加減速運(yùn)行都能保持平穩(wěn)運(yùn)行； 轉(zhuǎn)矩特性穩(wěn)定 ， 可達(dá)更高的運(yùn)行速度； 交流伺服廣泛應(yīng)用 ， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只在舊機(jī)床改造或精度要求較低的數(shù)控機(jī)床上使用 。 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 93 93 伺服電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 94 94 適合于各種加工中心的電主軸 2022/9/7 第四章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 95 95 何謂步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步與越步 ？ 機(jī)電結(jié)合分析引起失步與越步的原因 ， 指出使用和選用步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)時(shí)如何避免這種現(xiàn)象的發(fā)生 ？ TmTL =Td= J ε 單軸系統(tǒng) Tm[TL]=Td=[J] ε 多軸系統(tǒng) Tm=[TL]+[J] ε [TL]= TL /i 。 [J] =J/i2 。 ε=dω/dt Tm↑ [TL] ↓ [J] ↓ ε ↓