數(shù)控機(jī)床電氣驅(qū)動(dòng)

上傳人:jun****875 文檔編號(hào):22272050 上傳時(shí)間:2021-05-23 格式:PPT 頁(yè)數(shù):74 大小:771.53KB
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1、 1. 數(shù) 控 機(jī) 床 伺 服 系 統(tǒng) 的 概 念 數(shù) 控 機(jī) 床 伺 服 系 統(tǒng) 是 以 數(shù) 控 機(jī) 床 移 動(dòng) 部 件( 如 工 作 臺(tái) 、 主 軸 或 刀 具 等 ) 的 位 置 和 速 度 為 控制 對(duì) 象 的 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) , 也 稱 為 隨 動(dòng) 系 統(tǒng) 、 拖 動(dòng)系 統(tǒng) 或 伺 服 機(jī) 構(gòu) 。 它 接 受 CNC裝 置 輸 出 的 插 補(bǔ) 指 令 ,并 將 其 轉(zhuǎn) 換 為 移 動(dòng) 部 件 的 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) ( 主 要 是 轉(zhuǎn) 動(dòng)和 平 動(dòng) ) 。 伺 服 系 統(tǒng) 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 重 要 組 成 部 分 ,是 數(shù) 控 裝 置 和 機(jī) 床 本 體 的 聯(lián) 系 環(huán) 節(jié)

2、 , 其 性 能 直 接影 響 數(shù) 控 機(jī) 床 的 精 度 、 工 作 臺(tái) 的 移 動(dòng) 速 度 和 跟 蹤精 度 等 技 術(shù) 指 標(biāo) 。 通 常 將 伺 服 系 統(tǒng) 分 為 開 環(huán) 系 統(tǒng) 和 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 。 開 環(huán) 系 統(tǒng)通 常 主 要 以 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 作 為 控 制 對(duì) 象 , 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 通 常 以 直流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 或 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 作 為 控 制 對(duì) 象 。 速 度 環(huán) 由 速 度 調(diào) 節(jié) 器 、 電 流 調(diào) 節(jié) 器 及 功 率 驅(qū) 動(dòng)放 大 器 等 部 分 組 成 , 利 用 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 、 脈 沖 編 碼 器等 速 度 傳 感 元 件

3、 , 作 為 速 度 反 饋 的 測(cè) 量 裝 置 。 位 置環(huán) 是 由 CNC裝 置 中 位 置 控 制 、 速 度 控 制 、 位 置 檢 測(cè)與 反 饋 控 制 等 環(huán) 節(jié) 組 成 , 用 以 完 成 對(duì) 數(shù) 控 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng)坐 標(biāo) 軸 的 控 制 。 數(shù) 控 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 坐 標(biāo) 軸 的 控 制 不 僅 要完 成 單 個(gè) 軸 的 速 度 位 置 控 制 , 而 且 在 多 軸 聯(lián) 動(dòng) 時(shí) ,要 求 各 移 動(dòng) 軸 具 有 良 好 的 動(dòng) 態(tài) 配 合 精 度 , 這 樣 才 能保 證 加 工 精 度 、 表 面 粗 糙 度 和 加 工 效 率 。 (1)伺 服 系 統(tǒng) 的 作 用2)根

4、據(jù) CNC裝 置 發(fā) 出 的 控 制 信 息 對(duì) 機(jī) 床 移 動(dòng) 部 件 的 位 置 和 速 度進(jìn) 行 控 制 。 1) 數(shù) 控 伺 服 系 統(tǒng) 具 有 放 大 控 制 信 號(hào) 的 能 力 。(2)數(shù) 控 機(jī) 床 對(duì) 伺 服 系 統(tǒng) 應(yīng) 具 有 的 基 本 性 能1)高 精 度 : 伺 服 系 統(tǒng) 的 精 度 指 輸 出 量 能 夠 復(fù) 現(xiàn) 輸 入 量 的 精 確程 度 。 由 于 數(shù) 控 機(jī) 床 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 是 由 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 直 接 驅(qū)動(dòng) 的 , 為 了 保 證 移 動(dòng) 部 件 的 定 位 精 度 和 零 件 輪 廓 的 加 工 精 度 ,要 求 伺 服 系 統(tǒng) 應(yīng)

5、 具 有 足 夠 高 的 定 位 精 度 和 聯(lián) 動(dòng) 坐 標(biāo) 的 協(xié) 調(diào) 一致 精 度 。 一 般 的 數(shù) 控 機(jī) 床 要 求 的 定 位 精 度 為 0.010.001mm,高 檔 設(shè) 備 的 定 位 精 度 要 求 達(dá) 到 0.1m以 上 。 在 速 度 控 制 中 , 要求 高 的 調(diào) 速 精 度 和 比 較 強(qiáng) 的 抗 負(fù) 載 擾 動(dòng) 能 力 。 即 伺 服 系 統(tǒng) 應(yīng)具 有 比 較 好 的 動(dòng) 、 靜 態(tài) 精 度 。 2)良 好 的 穩(wěn) 定 性 穩(wěn) 定 性 是 指 系 統(tǒng) 在 給 定 輸 入 作 用 下 , 經(jīng) 過(guò) 短 時(shí)間 的 調(diào) 節(jié) 后 達(dá) 到 新 的 平 衡 狀 態(tài) ; 或 在

6、 外 界 干 擾 作 用 下 , 經(jīng) 過(guò) 短時(shí) 間 的 調(diào) 節(jié) 后 重 新 恢 復(fù) 到 原 有 平 衡 狀 態(tài) 的 能 力 。 穩(wěn) 定 性 直 接 影響 數(shù) 控 加 工 的 精 度 和 表 面 粗 糙 度 , 為 了 保 證 切 削 加 工 的 穩(wěn) 定 均勻 , 數(shù) 控 機(jī) 床 的 伺 服 系 統(tǒng) 應(yīng) 具 有 良 好 的 抗 干 擾 能 力 , 以 保 證 進(jìn)給 速 度 的 均 勻 、 平 穩(wěn) 。3 動(dòng) 態(tài) 響 應(yīng) 速 度 快 動(dòng) 態(tài) 響 應(yīng) 速 度 是 伺 服 系 統(tǒng) 動(dòng) 態(tài) 品 質(zhì) 的 重 要指 標(biāo) , 它 反 映 了 系 統(tǒng) 的 跟 蹤 精 度 。 目 前 數(shù) 控 機(jī) 床 的 插 補(bǔ) 時(shí)

7、 間 一般 在 20ms以 下 , 在 如 此 短 的 時(shí) 間 內(nèi) 伺 服 系 統(tǒng) 要 快 速 跟 蹤 指 令 信號(hào) , 要 求 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 能 夠 迅 速 加 減 速 , 以 實(shí) 現(xiàn) 執(zhí) 行 部 件 的 加 減速 控 制 , 并 且 要 求 很 小 的 超 調(diào) 量 。 4 調(diào) 速 范 圍 要 寬 , 低 速 時(shí) 能 輸 出 大 轉(zhuǎn) 矩 。 機(jī) 床 的 調(diào) 速 范 圍RN是 指 機(jī) 床 要 求 電 動(dòng) 機(jī) 能 夠 提 供 的 最 高 轉(zhuǎn) 速 nmax和 最 低 轉(zhuǎn)速 nmin之 比 , 即 : minmaxnnR N 車 床 的 主 軸 伺 服 系 統(tǒng) 一 般 是 速 度 控 制 系

8、統(tǒng) , 除 了 一 般 要 求 之外 , 還 要 求 主 軸 和 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 可 以 實(shí) 現(xiàn) 同 步 控 制 , 以 實(shí) 現(xiàn) 螺 紋 切 削 的 加 工 要 求 。 有 的 車 床 要 求 主 軸 具 有 恒 線 速 功 能 。 機(jī) 床 的 加 工 特 點(diǎn) 是 低 速 時(shí) 進(jìn) 行 重 切 削 , 因 此 要 求 伺 服系 統(tǒng) 應(yīng) 具 有 低 速 時(shí) 輸 出 大 轉(zhuǎn) 矩 的 特 性 , 以 適 應(yīng) 低 速 重 切 削的 加 工 實(shí) 際 要 求 , 同 時(shí) 具 有 較 寬 的 調(diào) 速 范 圍 以 簡(jiǎn) 化 機(jī) 械 傳動(dòng) 鏈 , 進(jìn) 而 增 加 系 統(tǒng) 剛 度 , 提 高 轉(zhuǎn) 動(dòng) 精 度 。 一

9、般 情 況 下 ,進(jìn) 給 系 統(tǒng) 的 伺 服 控 制 屬 于 恒 轉(zhuǎn) 矩 控 制 , 而 主 軸 坐 標(biāo) 的 伺 服控 制 在 低 速 時(shí) 為 恒 轉(zhuǎn) 矩 控 制 , 高 速 時(shí) 為 恒 功 率 控 制 。 5)高 性 能 電 動(dòng) 機(jī) 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 是 伺 服 系 統(tǒng) 的 重 要 組 成 部 分 ,為 使 伺 服 系 統(tǒng) 具 有 良 好 的 性 能 , 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 也 應(yīng) 具 有 高 精 度 、快 響 應(yīng) 、 寬 調(diào) 速 和 大 轉(zhuǎn) 矩 的 性 能 。 具 體 是 :( 1) 電 動(dòng) 機(jī) 從 最 低 速 到 最 高 速 的 調(diào) 速 范 圍 內(nèi) 能 夠 平 滑 運(yùn) 轉(zhuǎn) ,轉(zhuǎn) 矩 波

10、 動(dòng) 要 小 , 尤 其 是 在 低 速 時(shí) 要 無(wú) 爬 行 現(xiàn) 象 ;( 2) 電 動(dòng) 機(jī) 應(yīng) 具 有 大 的 、 長(zhǎng) 時(shí) 間 的 過(guò) 載 能 力 , 一 般 要 求 數(shù)分 鐘 內(nèi) 過(guò) 載 46倍 而 不 燒 毀 ;( 3) 為 了 滿 足 快 速 響 應(yīng) 的 要 求 , 即 隨 著 控 制 信 號(hào) 的 變 化 ,電 動(dòng) 機(jī) 應(yīng) 能 在 較 短 的 時(shí) 間 內(nèi) 達(dá) 到 規(guī) 定 的 速 度 ;( 4) 電 動(dòng) 機(jī) 應(yīng) 能 承 受 頻 繁 啟 動(dòng) 、 制 動(dòng) 和 反 轉(zhuǎn) 的 要 求 。 2.伺 服 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 分 類 ( 1) 驅(qū) 動(dòng) 方 式 分 類 液 壓 伺 服 系 統(tǒng) 、 氣 壓

11、伺 服系 統(tǒng) 和 電 氣 伺 服 系 統(tǒng) 伺 服 系 統(tǒng) 可 以 分 為 電 液 伺 服 系 統(tǒng) 和 電 氣 伺 服 系 統(tǒng) , 電 液 伺服 系 統(tǒng) 的 執(zhí) 行 元 件 是 電 液 脈 沖 馬 達(dá) 和 電 液 伺 服 馬 達(dá) 。 但 由 于該 系 統(tǒng) 存 在 噪 音 、 漏 油 等 問(wèn) 題 , 其 逐 漸 被 電 氣 伺 服 系 統(tǒng) 所 取代 。 電 氣 伺 服 系 統(tǒng) 全 部 采 用 電 子 元 件 和 電 動(dòng) 機(jī) 部 件 , 操 作 方便 , 可 靠 性 高 。 目 前 電 氣 伺 服 系 統(tǒng) 的 驅(qū) 動(dòng) 元 件 主 要 有 步 進(jìn) 電動(dòng) 機(jī) 、 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 和 交 流

12、伺 服 電 動(dòng) 機(jī) , 有 關(guān) 這 些 驅(qū) 動(dòng) 元件 的 工 作 原 理 可 以 參 閱 本 章 中 的 相 關(guān) 內(nèi) 容 。 ( 3) 按 有 無(wú) 檢 測(cè) 元 件 和 反 饋 環(huán) 節(jié) 分 類 , 伺 服 系 統(tǒng) 可 以 分 為 開環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 、 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 和 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 。 開 環(huán) 伺 服系 統(tǒng) 與 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 如 前 所 述 。 半 閉 環(huán) 與 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 的結(jié) 構(gòu) 一 致 , 只 是 位 置 檢 測(cè) 元 件 不 直 接 安 裝 在 最 終 運(yùn) 動(dòng) 部 件上 ( 工 作 臺(tái) ) , 而 是 傳 動(dòng) 裝 置 的 一 個(gè) 環(huán) 節(jié) 上

13、( 如 絲 杠 或 傳動(dòng) 軸 上 ) , 由 于 傳 動(dòng) 鏈 有 一 部 分 在 位 置 環(huán) 以 外 , 在 位 置 環(huán)以 外 的 傳 動(dòng) 精 度 得 不 到 系 統(tǒng) 的 補(bǔ) 償 , 因 此 其 控 制 精 度 低 于閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 。 但 對(duì) 于 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) , 由 于 受 機(jī) 械 變 形 、溫 度 變 化 、 振 動(dòng) 以 及 其 他 因 素 的 影 響 , 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 性 較 差 。同 時(shí) 由 于 半 閉 環(huán) 的 反 饋 量 測(cè) 量 方 便 等 特 點(diǎn) , 使 半 閉 環(huán) 伺 服系 統(tǒng) 也 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 。 ( 2) 驅(qū) 動(dòng) 執(zhí) 行 元 件 分 類 ,

14、 可 分 為 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 伺 服 系 統(tǒng) 、 交 流電 動(dòng) 機(jī) 伺 服 系 統(tǒng) 、 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 伺 服 系 統(tǒng) 。( 4) 按 輸 出 被 控 制 量 的 性 質(zhì) 分 類 , 可 分 為 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 、速 度 伺 服 系 統(tǒng) . 4.進(jìn) 給 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 的 類 型 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 為 數(shù) 控 伺 服 系 統(tǒng) 的 重 要 組 成 部 分 , 是 速 度 和軌 跡 控 制 的 執(zhí) 行 元 件 。 數(shù) 控 機(jī) 床 中 常 用 的 伺 服 電 機(jī) : 直 流 伺 服 電 機(jī) ( 調(diào) 速 性 能 良 好 ) 交 流 伺 服 電 機(jī) ( 主 要 使 用 的 電 機(jī)

15、) 步 進(jìn) 電 機(jī) ( 適 于 輕 載 、 負(fù) 荷 變 動(dòng) 不 大 ) 直 線 電 機(jī) ( 高 速 、 高 精 度 ) 1.由 于 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 使 用 機(jī) 械 (電 刷 、 換 向 器 )換 向 , 因 此存 在 許 多 缺 點(diǎn) 。 而 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 優(yōu) 良 的 調(diào) 速 特 性 正 是 通過(guò) 機(jī) 械 換 向 得 到 的 , 因 而 這 些 缺 點(diǎn) 無(wú) 法 克 服 。 2.交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 與 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 相 比 最 大 的 優(yōu) 點(diǎn) 在 于它 不 需 要 維 護(hù) , 制 造 簡(jiǎn) 單 , 適 合 于 在 惡 劣 環(huán) 境 下 工 作 。 目前

16、, 國(guó) 外 的 交 流 伺 服 系 統(tǒng) 已 實(shí) 現(xiàn) 了 全 數(shù) 字 化 , 即 在 伺 服 系統(tǒng) 中 , 除 了 驅(qū) 動(dòng) 級(jí) 外 , 全 部 功 能 均 由 微 處 理 器 完 成 , 可 高速 、 實(shí) 時(shí) 地 實(shí) 現(xiàn) 前 饋 控 制 、 補(bǔ) 償 、 最 優(yōu) 控 制 、 等 功 能 。 應(yīng)用 于 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 的 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 有 交 流 同 步 電 動(dòng) 機(jī) 與 異 步電 動(dòng) 機(jī) 兩 大 類 。 由 于 數(shù) 控 機(jī) 床 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 的 功 率 一 般 不 大 (數(shù) 百 至 數(shù) 千 瓦 ),而 交 流 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 的 調(diào) 速 指 標(biāo) 一 般 不 如 交 流 同 步 電

17、 動(dòng) 機(jī) ,因 此 大 多 數(shù) 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng) 采 用 永 磁 式 交 流 同 步 電 動(dòng) 機(jī) 。 4.2 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 伺 服 系 統(tǒng) 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 伺 服 系 統(tǒng) 主 要 應(yīng) 用 于 開 環(huán) 位 置 控 制 中 ,該 系 統(tǒng) 由 環(huán) 形 分 配 器 、 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 、 驅(qū) 動(dòng) 電 源 等 部分 組 成 。 這 種 系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 單 容 易 控 制 , 維 修 方 便 且 控 制為 全 數(shù) 字 化 , 比 較 適 應(yīng) 當(dāng) 前 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 發(fā) 展 的 趨 勢(shì) 4.2.1步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 原 理1. 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 分 類 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī)

18、的 分 類 方 法 很 多 , 根 據(jù) 不 同 的 分 類 方式 , 可 將 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 分 為 多 種 類 型 , 如 表 所 示 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 是 一 種 將 電 脈 沖 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 為 機(jī) 械 角 位 移 的 電 磁機(jī) 械 裝 置 。 又 叫 脈 沖 馬 達(dá) 。 每 施 加 一 個(gè) 電 脈 沖 信 號(hào) , 步 進(jìn)電 動(dòng) 機(jī) 就 旋 轉(zhuǎn) 一 個(gè) 固 定 的 角 度 , 稱 為 一 步 , 每 一 步 所 轉(zhuǎn) 過(guò)的 角 度 稱 為 步 距 角 。 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 分 類分 類 方 式 具 體 類 型按 力 矩 產(chǎn) 生 的 原 理 ( 1) 反 應(yīng) 式 : 轉(zhuǎn) 子 無(wú)

19、 繞 組 , 由 被 激 磁 的 定 子 繞 組 產(chǎn) 生 反 應(yīng) 力 矩 實(shí)現(xiàn) 步 進(jìn) 運(yùn) 行( 2) 激 磁 式 : 定 、 轉(zhuǎn) 子 均 有 激 磁 繞 組 ( 或 轉(zhuǎn) 子 用 永 久 磁 鋼 ) , 由電 磁 力 矩 實(shí) 現(xiàn) 步 進(jìn) 運(yùn) 行按 輸 出 力 矩 大 小 ( 1) 伺 服 式 : 輸 出 力 矩 在 百 分 之 幾 到 十 分 之 幾 ( Nm) 只 能 驅(qū) 動(dòng) 較 小 的 負(fù)載 , 要 與 液 壓 扭 矩 放 大 器 配 用 , 才 能 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 床 工 作 臺(tái) 等 較 大 的 負(fù) 載 ( 2) 功 率 式 : 輸 出 力 矩 在 550 Nm以 上 , 可 以 直 接 驅(qū)

20、 動(dòng) 機(jī) 床 工 作 臺(tái) 等 較 大的 負(fù) 載按 定 子 數(shù) ( 1) 單 定 子 式 ; ( 2) 雙 定 子 式 ; ( 3) 三 定 子 式 ; ( 4) 多 定 子式按 各 相 繞 組 分 布 ( 1) 徑 向 分 相 式 : 電 機(jī) 各 相 按 圓 周 依 次 排 列( 2) 軸 向 分 相 式 : 電 機(jī) 各 相 按 軸 向 依 次 排 列 2 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 目 前 , 我 國(guó) 使 用 的 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 多 為 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 。 在反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 中 , 有 軸 向 分 相 和 徑 向 分 相 兩 種 。 圖 所 示是 一

21、典 型 的 單 定 子 、 徑 向 分 相 、 反 應(yīng) 式 (轉(zhuǎn) 子 是 帶 齒 的 鐵 心(反 應(yīng) 式 )或 磁 鋼 (混 合 式 ), 無(wú) 繞 組 。 )伺 服 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu)原 理 圖 1-繞 組 2-定 子 鐵 心 3-轉(zhuǎn) 子 鐵 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 可 構(gòu) 成 A、 B、 C三 相 控 制 繞 組 , 故 稱 三 相 步 進(jìn)電 動(dòng) 機(jī) 。 若 任 一 相 繞 組 通 電 ,便 形 成 一 組 定 子 磁 極 , 其 方 向即 圖 中 所 示 的 NS極 。 在 定 子 的每 個(gè) 磁 極 上 面 向 轉(zhuǎn) 子 的 部 分 ,又 均 勻 分 布 著 5個(gè) 小 齒 , 這 些

22、 小齒 呈 梳 狀 排 列 , 齒 槽 等 寬 , 齒間 夾 角 為 。 轉(zhuǎn) 子 上 沒(méi) 有 繞 組 ,只 有 均 勻 分 布 的 40個(gè) 齒 , 其 大小 和 間 距 與 定 子 上 的 完 全 相 同 。 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 齒 距 三 相 定 子 磁 極 上 的 小 齒 在 空 間 位 置 上 依 次 錯(cuò) 開 1/3齒 距 ,如 圖 所 示 。 當(dāng) A相 磁 極 上 的 小 齒 與 轉(zhuǎn) 子 上 的 小 齒 對(duì) 齊 時(shí) , B相 磁 極 上 的 齒 剛 好 超 前 ( 或 滯 后 ) 轉(zhuǎn) 子 齒 1/3齒 距 角 , C相 磁極 齒 超 前 ( 或 滯 后 ) 轉(zhuǎn) 子 齒 2/3齒 距

23、 角 。 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 每 走 一步 所 轉(zhuǎn) 過(guò) 的 角 度 稱 為 步 距 角 , 其 大 小 等 于 錯(cuò) 齒 的 角 度 。 錯(cuò) 齒角 度 的 大 小 取 決 于 轉(zhuǎn) 子 上 的 齒 數(shù) , 磁 極 數(shù) 越 多 , 轉(zhuǎn) 子 上 的 齒數(shù) 越 多 , 步 距 角 越 小 , 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 位 置 精 度 越 高 , 其 結(jié) 構(gòu)也 越 復(fù) 雜 。 軸 向 分 相 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 原 理 圖 各 段 定 子 鐵 心 形 如 內(nèi) 齒 輪 , 由 硅 鋼 片 疊 成 。 轉(zhuǎn) 子 形 如 外 齒輪 , 也 由 硅 鋼 片 疊 成 。 各 段 定 子 上 的 齒

24、在 圓 周 方 向 均 勻 分 布 ,彼 此 之 間 錯(cuò) 開 1/5齒 距 , 其 轉(zhuǎn) 子 齒 彼 此 不 錯(cuò) 位 。 當(dāng) 設(shè) 置 在 定 子 鐵 心 環(huán) 形 槽 內(nèi) 的 定 子 繞 組 通 電 時(shí) , 形 成 一 相 環(huán) 形 繞 組 , 構(gòu)成 圖 中 所 示 的 磁 力 線 。 3.步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 原 理 當(dāng) A相 繞 組 通 電 時(shí) , 轉(zhuǎn) 子 的 齒 與 定 子 AA上 的 齒 對(duì) 齊 。 若 A相 斷 電 , B相 通電 , 由 于 磁 力 的 作 用 , 轉(zhuǎn) 子 的 齒 與 定 子 BB上 的 齒 對(duì) 齊 , 轉(zhuǎn) 子 沿 順 時(shí) 針 方 向 轉(zhuǎn)過(guò) , 如 果 控 制

25、線 路 不 停 地 按 A B C A 的 順 序 控 制 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 繞 組 的 通 斷電 , 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 便 不 停 地 順 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 若 通 電 順 序 改 為 A C B A ,步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 將 逆 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 這 種 通 電 方 式 稱 為 三 相 三 拍 , 而 通 常 的 通 電方 式 為 三 相 六 拍 , 其 通 電 順 序 為 A AB B BC C CA A 及A AC C CB B BA A , 相 應(yīng) 地 , 定 子 繞 組 的 通 電 狀 態(tài) 每 改 變 一 次 , 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn) 過(guò) 。 因 此 在 本 例

26、 中 , 三 相 三 拍 的 通 電 方 式 其 步 距 角 等 于 , 三 相 六 拍 通 電 方式 其 步 距 角 等 于 綜 上 所 述 , 可 以 得 到 如 下 結(jié) 論 :( 1) 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 定 子 繞 組 的 通 電 狀 態(tài) 每 改 變 一 次 , 它 的 轉(zhuǎn) 子 便 轉(zhuǎn) 過(guò) 一 個(gè) 確 定 的角 度 , 即 步 距 角 ;( 2) 改 變 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 定 子 繞 組 的 通 電 順 序 , 轉(zhuǎn) 子 的 旋 轉(zhuǎn) 方 向 隨 之 改 變 ;( 3) 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 定 子 繞 組 通 電 狀 態(tài) 的 改 變 速 度 越 快 , 其 轉(zhuǎn) 子 旋 轉(zhuǎn) 的 速 度 越

27、 快 ,即 通 電 狀 態(tài) 的 變 化 頻 率 越 高 , 轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn) 速 越 高 ;( 4) 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 步 距 角 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) ,可 用 下 式 表 示 :式 中 m相 m拍 時(shí) , k=1; m相 2m拍 時(shí) , k=2。對(duì) 于 上 圖 所 示 的 單 定 子 、 徑 向 分 相 、 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) , 當(dāng) 它 以 三 相 三 拍 通 電方 式 工 作 時(shí) , 其 步 距 角 為 若 按 三 相 六 拍 通 電 方 式 工 作 , 則 步 距 角 為 )/(360 mzk 3)140

28、3/(360)/(360 mzk 5.1)2403/(360)/(360 mzk 4 2 2 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 驅(qū) 動(dòng) 電 源 由 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 原 理 知道 , 要 使 電 動(dòng) 機(jī) 正 常 的 一 步 一 步 地 運(yùn) 行 , 控 制 脈 沖 必 須 按 一定 的 順 序 分 別 供 給 電 動(dòng) 機(jī) 各 相 , 例 如 三 相 單 拍 驅(qū) 動(dòng) 方 式 , 供給 脈 沖 的 順 序 為 A B C A或 A C B A, 稱 為 環(huán) 形 脈 沖 分配 。 脈 沖 分 配 有 兩 種 方 式 : 一 種 是 硬 件 脈 沖 分 配 ( 或 稱 為 脈沖 分 配 器 ) ,

29、另 一 種 是 軟 件 脈 沖 分 配 , 是 由 計(jì) 算 機(jī) 的 軟 件 完成 的 。 環(huán) 形 分 配 器 可 用 數(shù) 字 集 成 電 路 系 列 中 的 基 本 門 電 路 和 觸 發(fā)器 構(gòu) 成 , 但 這 樣 構(gòu) 成 的 環(huán) 形 分 配 器 過(guò) 于 復(fù) 雜 。 實(shí) 用 的 環(huán) 形 分 配器 均 是 集 成 化 的 專 用 電 路 芯 片 , 這 些 芯 片 通 常 還 包 括 除 脈 沖 分配 控 制 之 外 的 其 他 功 能 2 軟 件 脈 沖 分 配在 計(jì) 算 機(jī) 控 制 的 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 , 可 以 采 用 軟 件 的 方 法 實(shí) 現(xiàn) 環(huán) 形脈 沖 分

30、配 。 軟 件 環(huán) 形 分 配 器 的 設(shè) 計(jì) 方 法 有 很 多 , 如 查 表 法 、 比 較 法 、 移位 寄 存 器 法 等 , 它 們 各 有 特 點(diǎn) , 其 中 常 用 的 是 查 表 法 。8031P1.0P1.1P1.2 功 率 放 大 器光 電 耦 合 器光 電 耦 合 器 功 率 放 大 器 步 進(jìn)電 機(jī)ABC光 電 耦 合 器 功 率 放 大 器單 片 機(jī) 控 制 的 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 框 圖 P1口 的 三 個(gè) 引 腳 經(jīng) 過(guò) 光 電 隔 離 、 功 率 放 大 之 后 , 分 別 與 電 動(dòng) 機(jī) 的 A、 B、 C三 相 連 接 。 當(dāng) 采用 三 相

31、 六 拍 方 式 時(shí) , 電 動(dòng) 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 的 通 電 順 序 為 A AB B BC C CA A; 電 動(dòng) 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 的 順序 為 A AC C CB B BA A。 它 們 的 環(huán) 形 分 配 如 表 6-2所 示 。 把 表 中 的 數(shù) 值 按 順 序 存 入 內(nèi)存 的 EPROM中 , 并 分 別 設(shè) 定 表 頭 的 地 址 為 TAB0, , 表 尾 的 地 址 為 TAB5。 計(jì) 算 機(jī) 的 P1口 按 從 表頭 開 始 逐 次 加 1的 順 序 變 化 , 電 動(dòng) 機(jī) 正 向 旋 轉(zhuǎn) 。 如 果 按 從 TAB5, 逐 次 減 1的 順 序 變 化 , 電 動(dòng)機(jī) 則 反 轉(zhuǎn)

32、 。 步 序 導(dǎo) 電 相 工 作 狀 態(tài) 數(shù) 值 ( 16進(jìn) 制 ) 程 序 的 數(shù) 據(jù)表正 轉(zhuǎn) 反 轉(zhuǎn) CBA TABA 0 0 1 01H TAB0 DB 01HAB 0 1 1 03H TAB1 DB 03HB 0 1 0 02H TAB 2 DB 02HBC 1 1 0 06H TAB3 DB 06HC 1 0 0 04H TAB4 DB 04HCA 1 0 1 05H TAB5 DB 05H計(jì) 算 機(jī) 的 三 相 六 拍 環(huán) 形 分 配 表 1)步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 主 要 特 性(1)步 距 角 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 步 距 角 是 反 映 步 進(jìn) 電 機(jī) 定 子 繞 組的 通 電

33、 狀 態(tài) 每 改 變 一 次 , 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 過(guò) 的 角 度 , 它 是 決 定 步進(jìn) 伺 服 系 統(tǒng) 脈 沖 當(dāng) 量 的 重 要 參 數(shù) 。 數(shù) 控 機(jī) 床 中 常 見 的 反應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 步 距 角 一 般 為 0.5 步 距 角 越小 , 數(shù) 控 機(jī) 床 的 控 制 精 度 越 高 。 4.2.4步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 主 要 特 性 及 選 用 2) 矩 角 特 性 、 最 大 靜 態(tài) 轉(zhuǎn) 矩 Mjmax 矩 角 特 性 是 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 一 個(gè) 重 要 特 性 , 它 是 指 步 進(jìn) 電 機(jī) 產(chǎn) 生的 靜 態(tài) 轉(zhuǎn) 矩 與 失 調(diào) 角 的 變 化 規(guī) 律 。 空 載

34、 時(shí) , 若 步 進(jìn) 電 機(jī) 某 相 繞組 通 電 , 根 據(jù) 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 工 作 原 理 , 電 磁 力 矩 會(huì) 使 得 轉(zhuǎn) 子 齒 槽與 該 相 定 子 齒 槽 相 對(duì) 齊 , 這 時(shí) , 轉(zhuǎn) 子 上 沒(méi) 有 力 矩 輸 出 。 如 果 在電 機(jī) 軸 上 加 一 逆 時(shí) 針 方 向 的 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 M, 則 步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 就 要 逆時(shí) 針 方 向 轉(zhuǎn) 過(guò) 一 個(gè) 角 度 才 能 重 新 穩(wěn) 定 下 來(lái) , 這 時(shí) 轉(zhuǎn) 子 上 受 到的 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 和 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 相 等 。 我 們 稱 為 靜 態(tài) 轉(zhuǎn) 矩 Mj , e為 失調(diào) 角 。 不 斷 改 變 值 M,

35、 對(duì) 應(yīng) 的 就 有 值 及 角 e , 得 到 與 的 函數(shù) 曲 線 , 如 圖 所 示 。 我 們 稱 曲 線 Mj = f( ) 為 轉(zhuǎn) 矩 失調(diào) 角 特 性 曲 線 , 或 稱 為 矩 角 特 性 。 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 靜 態(tài) 矩 角 特 性 曲 線 3) 啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 q 圖 中 曲 線 A和 曲 線 B的 交 點(diǎn) 所 對(duì) 應(yīng) 的 力 矩 是 電 機(jī) 運(yùn) 行狀 態(tài) 的 最 大 啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 。 當(dāng) 負(fù) 載 力 矩 M f 小 于 q時(shí) , 電 機(jī) 才能 正 常 啟 動(dòng) 運(yùn) 行 , 否 則 , 將 造 成 失 步 , 電 機(jī) 也 不 能 正 常 啟動(dòng) 。 一 般 地 , 隨 著

36、電 機(jī) 相 數(shù) 的 增 加 , 由 于 矩 角 特 性 曲 線 變密 , 相 鄰 兩 矩 角 特 性 曲 線 的 交 點(diǎn) 上 移 , Mq 會(huì) 使 增 加 ;改 變 m相 m拍 通 電 方 式 為 m相 2m拍 通 電 方 式 , 同 樣 會(huì) 使 得 以提 高 。 3) 空 載 啟 動(dòng) 頻 率 fq 空 載 時(shí) , 步 進(jìn) 電 機(jī) 由 靜 止突 然 啟 動(dòng) , 并 進(jìn) 入 不 丟 步 的 正 常 運(yùn) 行 所 允 許 的 最高 頻 率 , 稱 為 啟 動(dòng) 頻 率 或 突 跳 頻 率 。 若 啟 動(dòng) 時(shí) 頻率 大 于 突 跳 頻 率 , 步 進(jìn) 電 機(jī) 就 不 能 正 常 啟 動(dòng) 。 空載 啟 動(dòng)

37、 時(shí) , 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 定 子 繞 組 通 電 狀 態(tài) 變 化 的頻 率 不 能 高 于 該 突 跳 頻 率 。4) 連 續(xù) 運(yùn) 行 的 最 高 工 作 頻 率 fmax 步 進(jìn) 電 機(jī) 連 續(xù) 運(yùn) 行 時(shí) , 它 所 能 接 受 的 , 即 保 證 不丟 步 運(yùn) 行 的 極 限 頻 率 , 稱 為 最 高 工 作 頻 率 fmax。它 是 決 定 定 子 繞 組 通 電 狀 態(tài) 最 高 變 化 頻 率 的 參 數(shù) ,它 決 定 了 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 最 高 轉(zhuǎn) 速 。 5) 矩 頻 特 性 與 動(dòng) 態(tài) 轉(zhuǎn)矩 矩 頻 特 性 Md=F(f) 所 描 述 的 是 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 連續(xù)

38、 穩(wěn) 定 運(yùn) 行 時(shí) 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 與連 續(xù) 運(yùn) 行 頻 率 之 間 的 關(guān) 系 。如 圖 所 示 , 該 特 性 曲 線 上每 一 頻 率 所 對(duì) 應(yīng) 的 轉(zhuǎn) 矩 為動(dòng) 態(tài) 轉(zhuǎn) 矩 。 可 見 , 動(dòng) 態(tài) 轉(zhuǎn)矩 的 基 本 趨 勢(shì) 是 隨 連 續(xù) 運(yùn)行 頻 率 的 增 大 而 降 低 。 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 矩 頻 特 性 曲 線 6) 加 減 速 特 性 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 加 減 速 特 性 是 描 述 步 進(jìn) 電機(jī) 由 靜 止 到 工 作 頻 率 和 由 工 作 頻 率 到 靜 止 的 加 減 速 過(guò)程 中 , 定 子 繞 組 通 電 狀 態(tài) 的 變 化 頻 率 與 時(shí) 間 的

39、關(guān) 系 。當(dāng) 要 求 步 進(jìn) 電 機(jī) 啟 動(dòng) 到 大 于 突 跳 頻 率 的 工 作 頻 率 時(shí) ,變 化 速 度 必 須 逐 漸 上 升 ; 同 樣 , 從 最 高 工 作 頻 率 或 高干 突 跳 頻 率 的 工 作 頻 率 停 止 時(shí) , 變 化 速 度 必 須 逐 漸 下降 。 逐 漸 上 升 和 下 降 的 加 速 時(shí) 間 、 減 速 時(shí) 間 不 能 過(guò) 小 ,否 則 會(huì) 出 現(xiàn) 失 步 或 超 步 。 我 們 用 加 速 時(shí) 間 常 數(shù) 和 減速 時(shí) 間 常 數(shù) 來(lái) 描 述 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 升 速 和 降 速 特 性 , 2.步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 選 擇 選 擇 步 進(jìn) 電

40、動(dòng) 機(jī) 時(shí) 可 從 以 下 幾 個(gè) 方 面 考 慮 。(1)數(shù) 控 機(jī) 床 中 常 使 用 的 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 按 結(jié) 構(gòu) 可 分 為 反 應(yīng) 式 和 永磁 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) , 按 相 數(shù) 可 分 為 三 相 、 四 相 和 五 相 等步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) , 按 輸 出 力 矩 可 分 為 伺 服 式 (功 率 較 小 )和 功 率 式(功 率 較 大 )步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 。 數(shù) 控 機(jī) 床 上 大 多 使 用 功 率 式 步 進(jìn) 電動(dòng) 機(jī) 。 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) (如 110BF, 130BF, 150BF)的 價(jià)格 低 于 永 磁 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電

41、動(dòng) 機(jī) , 但 性 能 上 不 如 永 磁 反 應(yīng) 式步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 。 在 選 擇 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 時(shí) , 首 先 要 確 定 步 進(jìn) 電 動(dòng)機(jī) 的 類 型 。 (2)根 據(jù) 機(jī) 床 的 加 工 精 度 要 求 , 選 擇 進(jìn) 給 軸 的 脈 沖 當(dāng) 量 , 如0 01 nltn或 0 005mm。 (3)根 據(jù) 所 選 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 步 距 角 、 絲 杠 的 螺 距 以 及 所 要 求 的脈 沖 當(dāng) 量 , 計(jì) 算 減 速 齒 輪 的 降 速 比 。 采 用 減 速 齒 輪 具 有 如下 優(yōu) 點(diǎn) : 容 易 配 置 出 所 要 求 的 脈 沖 當(dāng) 量 ; 減 小 工 作

42、 臺(tái) 和 絲 杠 折 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 慣 量 ; 增 大 工 作 臺(tái) 的 推 力 。 但 采 用 減 速 齒 輪 會(huì) 帶 來(lái) 額 外 的 傳 動(dòng)誤 差 , 使 機(jī) 床 的 快 速 移 動(dòng) 速 度 降 低 , 而 且 它 自 身 又 引 入 附 加的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 。 (4)電 動(dòng) 機(jī) 在 最 快 移 動(dòng) 速 度 時(shí) , 由 矩 頻 特 性 決 定 的 電 動(dòng) 機(jī) 輸出 轉(zhuǎn) 矩 要 大 于 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 , 并 留 有 余 量 。 通 常 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 應(yīng) 小于 0 2-0 3倍 的 電 動(dòng) 機(jī) 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩 。(5)步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 啟 動(dòng) 頻 率 與 負(fù) 載

43、 轉(zhuǎn) 矩 和 慣 量 有 很 大 關(guān) 系 。通 常 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 帶 載 啟 動(dòng) 頻 率 應(yīng) 小 于 空 載 啟 動(dòng) 頻 率的 一 半 。 提 高 步 進(jìn) 伺 服 系 統(tǒng) 精 度 的 措 施 ( 補(bǔ) ) 步 進(jìn) 式 伺 服 系 統(tǒng) 是 一 個(gè) 開 環(huán) 系 統(tǒng) , 在 此 系 統(tǒng) 中 , 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的質(zhì) 量 、 機(jī) 械 傳 動(dòng) 部 分 的 結(jié) 構(gòu) 和 質(zhì) 量 以 及 控 制 電 路 的 完 善 與 否 ,均 影 響 到 系 統(tǒng) 的 工 作 精 度 。 要 提 高 系 統(tǒng) 的 工 作 精 度 , 應(yīng) 從 這 幾個(gè) 方 面 考 慮 : 如 改 善 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 性 能 ,

44、減 小 步 距 角 ; 采 用 精 密傳 動(dòng) 副 , 減 少 傳 動(dòng) 鏈 中 傳 動(dòng) 間 隙 等 。 但 這 些 因 素 往 往 由 于 結(jié) 構(gòu)和 工 藝 的 關(guān) 系 而 受 到 一 定 的 限 制 。 為 此 , 需 要 從 控 制 方 法 上 采取 一 些 措 施 , 彌 補(bǔ) 其 不 足 。 1 反 向 間 隙 補(bǔ) 償在 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 結(jié) 構(gòu) 中 , 提 高 傳 動(dòng) 元 件 的 制 造 精 度 并 采取 消 除 傳 動(dòng) 間 隙 的 措 施 , 可 以 減 小 但 不 能 完 全 消 除傳 動(dòng) 間 隙 。 機(jī) 械 傳 動(dòng) 鏈 在 改 變 轉(zhuǎn) 向 時(shí) , 由 于 間 隙 的存 在 , 最 初

45、 的 若 干 個(gè) 指 令 脈 沖 只 能 起 到 消 除 間 隙 的作 用 , 造 成 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 空 走 , 而 工 作 臺(tái) 無(wú) 實(shí) 際 移動(dòng) , 因 此 產(chǎn) 生 了 傳 動(dòng) 誤 差 。 反 向 間 隙 補(bǔ) 償 的 基 本 方法 是 : 事 先 測(cè) 出 反 向 間 隙 的 大 小 并 存 儲(chǔ) , 設(shè) 為 Nd;每 當(dāng) 接 收 到 反 向 位 移 指 令 后 , 在 改 變 后 的 方 向 上 增加 Nd個(gè) 進(jìn) 給 脈 沖 , 使 步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 越 過(guò) 傳 動(dòng) 間 隙 ,從 而 克 服 因 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 空 走 而 造 成 的 反 向 間 隙 誤差 。 ( 3)

46、 當(dāng) 機(jī) 床 工 作 臺(tái) 移 動(dòng) 時(shí) , 安 裝 在 機(jī) 床 上 的 微 動(dòng) 開 關(guān) 每 與 擋塊 接 觸 一 次 , 就 發(fā) 出 了 一 個(gè) 誤 差 補(bǔ) 償 信 號(hào) , 對(duì) 螺 距 誤 差 進(jìn) 行 補(bǔ)償 , 以 消 除 螺 距 的 積 累 誤 差 。 2 螺 距 誤 差 補(bǔ) 償 在 步 進(jìn) 式 開 環(huán) 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 , 絲 杠 的 螺 距 累 積 誤 差 直 接 影 響 著工 作 臺(tái) 的 位 移 精 度 , 若 想 提 高 開 環(huán) 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 精 度 , 就 必 須 予以 補(bǔ) 償 。 通 過(guò) 對(duì) 絲 杠 的 螺 距 進(jìn) 行 實(shí) 測(cè) , 得 到 絲 杠 全 程 的

47、 誤 差 分 布 曲線 。 誤 差 有 正 有 負(fù) , 當(dāng) 誤 差 為 正 時(shí) , 表 明 實(shí) 際 的 移 動(dòng) 距 離 大 于 理 論的 移 動(dòng) 距 離 , 應(yīng) 該 采 用 扣 除 進(jìn) 給 脈 沖 指 令 的 方 式 進(jìn) 行 誤 差 的 補(bǔ) 償 ,使 步 進(jìn) 電 機(jī) 少 走 一 步 ; 當(dāng) 誤 差 為 負(fù) 時(shí) , 表 明 實(shí) 際 的 移 動(dòng) 距 離 小 于 理論 的 移 動(dòng) 距 離 , 應(yīng) 該 采 取 增 加 進(jìn) 給 脈 沖 指 令 的 方 式 進(jìn) 行 誤 差 的 補(bǔ) 償 ,使 步 進(jìn) 電 機(jī) 多 走 一 步 。 具 體 的 做 法 是 :( 1) 安 置 兩 個(gè) 補(bǔ) 償 桿 分 別 負(fù) 責(zé)

48、正 誤 差 和 負(fù) 誤 差 的 補(bǔ) 償 ;( 2) 在 兩 個(gè) 補(bǔ) 償 桿 上 , 根 據(jù) 絲 杠 全 程 的 誤 差 分 布 情 況 及 如 上所 述 螺 距 誤 差 的 補(bǔ) 償 原 理 , 設(shè) 置 補(bǔ) 償 開 關(guān) 或 擋 塊 ; 伺 服 電 機(jī) 是 轉(zhuǎn) 速 及 方 向 都 受 控 制 電 壓 信 號(hào) 控 制 的 一 類 電 動(dòng) 機(jī) , 常 在 自 動(dòng) 控 制 系統(tǒng) 用 作 執(zhí) 行 元 件 。 伺 服 電 機(jī) 分 為 直 流 、 交 流 兩 大 類 。 直 流 伺 服 電 機(jī) 在 電 樞 控 制 時(shí) 具 有 良 好 的 機(jī) 械 特 性 和 調(diào) 節(jié) 特 性 。 機(jī) 電 時(shí) 間 常 數(shù) 小 ,起

49、 動(dòng) 電 壓 低 。 其 缺 點(diǎn) 是 由 于 有 電 刷 和 換 向 器 , 造 成 的 摩 擦 轉(zhuǎn) 矩 比 較 大 , 有 火 花 干擾 及 維 護(hù) 不 便 。 4.3 直 流 、 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī)4.3.1 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 及 工 作 特 性1.、 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理(1)永 磁 式 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 普 通 型 永 磁 式 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 的 慣 量 大 , 調(diào) 速 范 圍 寬 , 又 叫 大 慣量 寬 調(diào) 速 永 磁 式 直 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 。 廣 泛 應(yīng) 用 在 進(jìn) 給 直 流 伺 服

50、 系 統(tǒng) 中 。 1 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 1) 普 通 型 直 流 伺 服 電 機(jī) 普 通 型 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 與 他 激 直 流 電 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 相 同 , 由 定 子 和 轉(zhuǎn) 子 兩 大 部 分 組 成 。 根 據(jù) 勵(lì) 磁 方 式 又 可 分 為 電 磁式 和 永 磁 式 兩 種 , 電 磁 式 伺 服 電 機(jī) 的 定 子 磁 極 上 裝 有 勵(lì) 磁繞 組 , 勵(lì) 磁 繞 組 接 勵(lì) 磁 控 制 電 壓 產(chǎn) 生 磁 通 ; 永 磁 式 伺 服電 機(jī) 的 磁 極 是 永 磁 鐵 , 其 磁 通 是 不 可 控 的 。 與 普 通 直 流 電機(jī) 相 同

51、, 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 一 般 由 硅 鋼 片 疊 壓 而 成 , 轉(zhuǎn)子 外 圓 有 槽 , 槽 內(nèi) 裝 有 電 樞 繞 組 , 繞 組 通 過(guò) 換 向 器 和 電 刷與 外 邊 電 樞 控 制 電 路 相 連 接 。 為 了 提 高 控 制 精 度 和 響 應(yīng) 速度 , 伺 服 電 機(jī) 的 電 樞 鐵 心 長(zhǎng) 度 與 直 徑 之 比 比 普 通 直 流 電 機(jī)要 大 , 氣 隙 也 較 小 。 當(dāng) 定 子 中 的 勵(lì) 磁 磁 通 和 轉(zhuǎn) 子 中 的 電 流 相 互 作 用 時(shí) , 就 會(huì)產(chǎn) 生 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 驅(qū) 動(dòng) 電 樞 轉(zhuǎn) 動(dòng) , 恰 當(dāng) 地 控 制 轉(zhuǎn) 子 中 電 樞

52、 電 流的 方 向 和 大 小 , 就 可 以 控 制 伺 服 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 方 向 和 轉(zhuǎn) 動(dòng) 速度 。 電 流 為 零 時(shí) , 伺 服 電 機(jī) 則 停 止 不 動(dòng) 。 普 通 的 電 磁 式 和永 磁 式 直 流 伺 服 電 機(jī) 性 能 接 近 , 它 們 的 慣 性 較 其 他 類 型 伺服 電 機(jī) 大 。 2) 盤 形 電 樞 直 流 伺 服 電 機(jī) 盤 形 電 樞 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 定 子 由 永 久 磁 鐵 和 前 后 鐵 軛 共同 組 成 , 磁 鐵 可 以 在 圓 盤 電 樞 的 一 側(cè) , 也 可 在 其 兩 側(cè) 。 盤形 伺 服 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 電 樞 由

53、線 圈 沿 轉(zhuǎn) 軸 的 徑 向 圓 周 排 列 , 并 用環(huán) 氧 樹 脂 澆 鑄 成 圓 盤 形 。 盤 形 繞 組 通 過(guò) 的 電 流 是 徑 向 電流 , 而 磁 通 是 軸 向 的 , 徑 向 電 流 與 軸 向 磁 通 相 互 作 用 產(chǎn) 生電 磁 轉(zhuǎn) 矩 , 使 伺 服 電 機(jī) 旋 轉(zhuǎn) 。 3) 空 心 杯 電 樞 直 流 伺 服 電 機(jī) 空 心 杯 電 樞 直 流 伺 服 電 機(jī) 有 兩 個(gè) 定 子 , 一 個(gè) 由 軟 磁 材 料構(gòu) 成 的 內(nèi) 定 子 和 一 個(gè) 由 永 磁 材 料 構(gòu) 成 的 外 定 子 , 外 定 子 產(chǎn)生 磁 通 , 內(nèi) 定 子 主 要 起 導(dǎo) 磁 作 用

54、。 空 心 杯 伺 服 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子由 單 個(gè) 成 型 線 圈 沿 軸 向 排 列 成 空 心 杯 形 , 并 用 環(huán) 氧 樹 脂 澆鑄 成 型 。 空 心 杯 電 樞 直 接 裝 在 轉(zhuǎn) 軸 上 , 在 內(nèi) 外 定 子 間 的 氣隙 中 旋 轉(zhuǎn) 。 4) 無(wú) 槽 直 流 伺 服 電 機(jī) 無(wú) 槽 直 流 伺 服 電 機(jī) 與 普 通 伺 服 電 機(jī) 的 區(qū) 別 是 無(wú) 槽 直 流伺 服 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 鐵 心 上 不 開 元 件 槽 , 電 樞 繞 組 元 件 直 接放 置 在 鐵 心 的 外 表 面 , 然 后 用 環(huán) 氧 樹 脂 澆 鑄 成 型 。 圖 5-14為 無(wú) 槽 直 流

55、伺 服 電 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 圖 。 后 三 種 伺 服 電 機(jī) 與 普 通 伺 服 電 機(jī) 相 比 , 由 于 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量小 , 電 樞 等 效 電 感 小 , 因 此 其 動(dòng) 態(tài) 特 性 較 好 , 適 用 于快 速 系 統(tǒng) 。 aaIREUa a 2 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 運(yùn) 行 特 性在 忽 略 電 樞 反 應(yīng) 的 情 況 下 , 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 電 壓 平 衡 方 程 為 Ua 電 樞 上 的 外 加 電 壓 ; Ra 電 樞 電 阻 ; Ea 電 樞 反 電 勢(shì) 。當(dāng) 磁 通 恒 定 時(shí) , 電 樞 的 反 電 動(dòng) 勢(shì) 為 nknCE ea e式 中 , ke為

56、 電 動(dòng) 勢(shì) 常 數(shù) 。 ata IkICT Tem 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 為 式 中 ,kt為 轉(zhuǎn) 矩 常 數(shù) 。 將 上 述 三 式 聯(lián) 立 求 解 可 得 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 關(guān) 系 式 為 emte ae TkkRkUan 根 據(jù) 式 上 式 可 得 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 機(jī) 械 特 性 和 調(diào) 節(jié) 特 性 。 em0 kTnn nknCE ea e 1) 機(jī) 械 特 性 機(jī) 械 特 性 是 指 在 控 制 電 樞 電 壓 保 持 不 變 的 情 況 下 , 直 流 伺服 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 隨 轉(zhuǎn) 矩 變 化 的 關(guān) 系 。 當(dāng) 電 樞 電

57、 壓 為 常 值 時(shí) ,由得 到 (2) 當(dāng) 轉(zhuǎn) 速 為 零 時(shí) , 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 矩 僅 與 電 樞 電 壓 有 關(guān) , 此 時(shí)的 轉(zhuǎn) 矩 稱 為 堵 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 矩 。 堵 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 矩 與 電 樞 電 壓 成 正 比 , 即 taD kRUT 電 樞 控 制 的 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 機(jī) 械 特 性 2) 調(diào) 節(jié) 特 性 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 調(diào) 節(jié) 特 性 是 指 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 恒 定 時(shí) , 電 機(jī) 轉(zhuǎn)速 與 電 樞 電 壓 的 關(guān) 系 。 當(dāng) 轉(zhuǎn) 矩 一 定 時(shí) , 轉(zhuǎn) 速 與 電 壓 的 關(guān) 系也 為 一 組 平 行 線 , 如 圖 所 示 。 其 斜 率 為 1/ke

58、。 當(dāng) 轉(zhuǎn) 速 為 零時(shí) , 對(duì) 應(yīng) 不 同 的 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 可 得 到 不 同 的 啟 動(dòng) 電 壓 U。 當(dāng) 電樞 電 壓 小 于 啟 動(dòng) 電 壓 時(shí) , 伺 服 電 機(jī) 將 不 能 啟 動(dòng) 。 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 調(diào) 節(jié) 特 性 靜 態(tài) 特 性 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 由 下 式 表 示 : KT 轉(zhuǎn) 矩 常 數(shù) ; 磁 場(chǎng) 磁 通 ; Ia 電 樞 電 流 ; TM 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 。 電 樞 回 路 的 電 壓 平 衡 方 程 式 為 : Ua 電 樞 上 的 外 加 電 壓 ; Ra 電 樞 電 阻 ; Ea 電 樞 反 電 勢(shì) 。 電 樞 反 電 勢(shì) 與 轉(zhuǎn) 速 之 間 有 以

59、 下 關(guān) 系 : K e 電 勢(shì) 常 數(shù) ; 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 ( 角 速 度 ) 。 根 據(jù) 以 上 各 式 可 以 求 得 : aTM IKT aaaa ERIU ea KE M2Te aea TKK RKU 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 與 電 磁 力 距 的關(guān) 系 稱 為 機(jī) 械 特 性 當(dāng) 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 為 零 時(shí) : 理 想 空 載 轉(zhuǎn) 速 當(dāng) 轉(zhuǎn) 速 為 零 時(shí) : 啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 又 稱 為 堵 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 距 當(dāng) 電 機(jī) 帶 動(dòng) 某 一 負(fù) 載 TL時(shí) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 與 理 想 空 載 轉(zhuǎn) 速 的 差 ea0 KU Tgas KRUT L2Te a TKK R O 直 流 電 機(jī) 的 機(jī) 械

60、 特 性 ( n) OO TS T TL 的 值 表 明 機(jī) 械 特 性 的 硬 度 , 其 值越 小 , 機(jī) 械 特 性 硬 度 越 高 。 動(dòng) 態(tài) 特 性直 流 電 機(jī) 的 動(dòng) 態(tài) 力 矩 平 衡 方 程 式 為 式 中 TM 電 機(jī) 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 ; TL 折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 ; 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 角 速 度 ; J 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 上 總 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 ; t 時(shí) 間 自 變 量 。 dtdJTT LM 在 動(dòng) 態(tài) 過(guò) 程 中 , 電 機(jī) 由 直 流 電 能 轉(zhuǎn) 換 來(lái) 的 電 磁 轉(zhuǎn) 距 T M , 克 服 負(fù) 載 轉(zhuǎn)距 后 , 其 剩 余 部 分 用

61、于 克 服 機(jī) 械 慣 量 , 產(chǎn) 生 加 速 度 , 以 使 電 機(jī) 由 一 種狀 態(tài) 過(guò) 度 到 另 一 種 狀 態(tài) 。 為 了 取 得 平 穩(wěn) 、 快 速 、 無(wú) 震 蕩 、 單 調(diào) 性 的 轉(zhuǎn)速 過(guò) 程 , 要 減 小 過(guò) 度 時(shí) 間 。 為 此 , 小 慣 量 電 機(jī) 采 用 從 結(jié) 構(gòu) 上 減 小 轉(zhuǎn) 子的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 J, 大 慣 量 電 機(jī) 采 用 結(jié) 構(gòu) 上 起 動(dòng) 力 距 TS; 3 永 磁 式 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 工 作 原 理 及 特 性 (1) 永 磁 式 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 性 能 特 點(diǎn) 1) 低 轉(zhuǎn) 速 大 慣 量 2) 轉(zhuǎn) 矩 大 3) 起

62、 動(dòng) 力 矩 大 4) 調(diào) 速 泛 圍 大 , 低 速 運(yùn) 行 平 穩(wěn) , 力 矩 波 動(dòng) 小 (2) 永 磁 直 流 伺 服 電 機(jī) 性 能 用 特 性 曲 線 和 數(shù) 據(jù) 表 描 述 1) 轉(zhuǎn) 矩 -速 度 特 性 曲 線 ( 工 作 曲 線 ) 2) 負(fù) 載 -工 作 周 期 曲 線 過(guò) 載 倍 數(shù) Tmd, 負(fù) 載 工 作 周 期 比 d。 3) 數(shù) 據(jù) 表 : N、 T、 時(shí) 間 常 數(shù) 、 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 等 等 。 d% 80 110% 120% 60 130% 140% 40 160% d 180% 20 200% 0 1 3 tR 6 10 30 60 100 tR(min)

63、 負(fù) 載 -工 作 周 期 曲 線 M/( N-cm) 轉(zhuǎn) 矩 極 限 12000 10000 瞬 時(shí) 換 向 極 限 8000 6000 換 向 極 限 速 度 極 限 4000 溫 度 極 限 2000 0 500 1000 1500 n 永 磁 直 流 伺 服 電 機(jī) 工 作 曲 線 區(qū) 為 連 續(xù) 工 作 區(qū) ; 區(qū) 為 斷 續(xù) 工 作 區(qū) , 由 負(fù)載 -工 作 周 期 曲 線 決 定 工 作 時(shí) 間 ; 區(qū) 為 瞬 時(shí) 加減 速 區(qū) 根 上 述 關(guān) 系 式 , 實(shí) 現(xiàn) 電 機(jī) 調(diào) 速 是 主 要 方 法 有 三 種 :1 調(diào) 節(jié) 電 樞 供 電 電 壓 U: 電 動(dòng) 機(jī) 加 以 恒

64、 定 勵(lì) 磁 , 用 改 變 電 樞 兩 端 電 壓 U的方 式 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 調(diào) 速 控 制 , 這 種 方 法 也 稱 為 電 樞 控 制 ;2 減 弱 勵(lì) 磁 磁 通 : 電 樞 加 以 恒 定 電 壓 , 用 改 變 勵(lì) 磁 磁 通 的 方 法 來(lái) 實(shí) 現(xiàn)調(diào) 速 控 制 , 這 種 方 法 也 稱 為 磁 場(chǎng) 控 制 ;3 改 變 電 樞 回 路 電 阻 R來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 調(diào) 速 控 制 ;對(duì) 于 要 求 在 一 定 范 圍 內(nèi) 無(wú) 級(jí) 平 滑 調(diào) 速 的 系 統(tǒng) 來(lái) 說(shuō) , 以 改 變 電 樞 電 壓 的 方 式最 好 ; 改 變 電 樞 回 路 電 阻 只 能 實(shí) 現(xiàn) 有 級(jí) 調(diào) 速 ,

65、 調(diào) 速 平 滑 性 比 較 差 ; 減 弱 磁通 , 雖 然 具 有 控 制 功 率 小 和 能 夠 平 滑 調(diào) 速 等 優(yōu) 點(diǎn) , 但 調(diào) 速 范 圍 不 大 , 往 往只 是 配 合 調(diào) 壓 方 案 , 在 基 速 ( 即 電 機(jī) 額 定 轉(zhuǎn) 速 ) 以 上 作 小 范 圍 的 升 速 控 制 。因 此 , 直 流 伺 服 電 機(jī) 的 調(diào) 速 主 要 以 電 樞 電 壓 調(diào) 速 為 主 。 要 得 到 可 調(diào) 節(jié) 的 直 流 電 壓 , 常 用 的 方 法 有 以 下 3種 方 法 :旋 轉(zhuǎn) 變 流 機(jī) 組 、 靜 止 可 控 整 流 器 波 器 和 脈 寬 調(diào) 制 變 換 器 2.交

66、流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 概 述 1)交 流 伺 服 電 機(jī) 的 分 類 和 特 點(diǎn) 交 流 感 應(yīng) 電 機(jī) 按 所 用 電 源 種 類 可 以 分 為 三 相 和 單 相 兩 種 。從 結(jié) 構(gòu) 上 可 分 為 帶 換 向 器 和 不 帶 換 向 器 的 兩 種 。 通 常 多 用 不帶 換 向 器 的 三 相 感 應(yīng) 電 機(jī) , 其 結(jié) 構(gòu) 是 定 子 上 裝 有 對(duì) 稱 三 相 繞組 , 而 在 圓 柱 體 的 轉(zhuǎn) 子 鐵 芯 上 嵌 有 均 勻 分 布 的 導(dǎo) 條 , 導(dǎo) 條 兩端 分 別 用 金 屬 環(huán) 連 成 一 個(gè) 整 體 (稱 籠 式 轉(zhuǎn) 子 ), 因 此 這 種 電 機(jī)也 稱 籠 式 電 機(jī) 。 當(dāng) 對(duì) 稱 三 相 繞 組 接 三 相 電 源 后 , 由 電 源 提 供勵(lì) 磁 電 流 , 在 定 子 和 轉(zhuǎn) 子 之 間 的 氣 隙 內(nèi) 建 立 起 同 步 轉(zhuǎn) 速 的 旋轉(zhuǎn) 磁 場(chǎng) , 依 靠 電 磁 感 應(yīng) 作 用 , 在 轉(zhuǎn) 子 導(dǎo) 條 內(nèi) 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 勢(shì) ,因 為 轉(zhuǎn) 子 上 的 導(dǎo) 條 已 構(gòu) 成 閉 合 回 路 , 轉(zhuǎn) 子 導(dǎo) 條 中 就 有 電 流 流過(guò)

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