天津中德职业技术学院：《CNC数控机床应用技术》教学资源（PPT课件）第四章进给运动的控制

第一节概述第二节步进驱动及开环进给控制第三节位置检测装置第四节交直流伺服驱动装置

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天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 第四章进给运动的控制第一节,概述第二节,步进驱动及开环进给控制第三节,位置检测装置第四节,交直流伺服驱动装置 CV术》一机械工程条回速一出

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天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 进给伺服系统的概念及要求: 第1概念:进给何服系结是商高精庄的取踪与定位系第,伺那报令、位置指令节伺服驱动系统的框图概位置控制速度控制机床工作台位置检测伺服电机速度环应置环 CMC技术》—机械工稚亲回目歌一出一夏下页

一、进给伺服系统的概念及要求： 1概念：进给伺服系统是一种高精度的位置跟踪与定位系统。伺服（servo）系统的作用就是严格执行控制系统发出的速度指令、位置指令。伺服驱动系统的框图第一节．概述返回目录退出上一页下一页

天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 从图中驱动装置可划分 1)步进驱动:由步进电机及驱动系统构成,不含有速度环及位置环电机分为:反应式(转子为铁芯) 2)直流驱动:采用交直变换原理,根据速度指令输出相当的直流电压,加到直流电机的电枢上,来改变电机的转速。电机为恒磁式(励磁为永磁铁)。缺点是存在机械换向,需维护。 3)交流伺服驱动:根据:n=60fp n为电机转速、f为交流电源的频率、p为极对数。根据速度指令,通过调节输出的f即可改变电机的转速电机为交流同步电机,转子为永磁铁 CMC技术》—机械工稚亲回目歌一出一夏下页

从图中驱动装置可划分 1）步进驱动：由步进电机及驱动系统构成，不含有速度环及位置环电机分为：反应式（转子为铁芯） 2）直流驱动：采用交直变换原理，根据速度指令输出相当的直流电压，加到直流电机的电枢上，来改变电机的转速。电机为恒磁式（励磁为永磁铁）。缺点是存在机械换向，需维护。 3）交流伺服驱动：根据：n=60f/p n为电机转速、f为交流电源的频率、p为极对数。根据速度指令，通过调节输出的f即可改变电机的转速。电机为交流同步电机，转子为永磁铁返回目录退出上一页下一页

天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 2要求: 1)精度高:精度指定位精度(停止时实际位移与位置指令误差) 2)轮廓跟随精度(插补运动中位置误差的稳定) 3)快速响应、无超调:加减速时间快、但不能有超调和振荡调速范围宽。 CMC技术》—机械工稚亲回目歌一出一夏下页

2 要求： 1）精度高：精度指定位精度（停止时实际位移与位置指令误差） 2）轮廓跟随精度（插补运动中位置误差的稳定） 3）快速响应、无超调：加减速时间快、但不能有超调和振荡调速范围宽。返回目录退出上一页下一页

天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 、应用范围:简易型数控机床、普通机床的数控改造。第二节步进驱动及开环进给控制铣床的传统改造车床的传统改造四工位立式电动刀架 X向电机精密滚珠丝杠传统改造示意图进给电机与丝杠连接铣头改造 CMC技术》—机械工稚亲回目歌一出一夏下页

一、应用范围：简易型数控机床、普通机床的数控改造。第二节步进驱动及开环进给控制返回目录退出上一页下一页

天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 步进驱动的原理:步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 1组成:步进驱动控制装置、步进电机、减速机构实例如下图脉冲脉冲「脉冲工作指令→ 发生器分配器放大器电动机机构 2各部分的作用: 数控装置:根据控制要求发出指令脉冲,指令脉冲的个数代表移动距离;脉冲频率代表移动速度。每发出一个脉冲电机旋转一个特定的角度,即步距角环形分配:根据指令方向,依次产生步进电机的各相的通电步骤,分为硬件环分、软件环分两种。放大电路:放大环形分配的各相指令,产生步进电机的各相的驱动电流 CMC技术》—机械工稚亲回目歌一出一夏下页

二、步进驱动的原理：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 1组成：步进驱动控制装置、步进电机、减速机构。实例如下图 2各部分的作用：数控装置：根据控制要求发出指令脉冲，指令脉冲的个数代表移动距离；脉冲频率代表移动速度。每发出一个脉冲电机旋转一个特定的角度，即步距角环形分配：根据指令方向，依次产生步进电机的各相的通电步骤，分为硬件环分、软件环分两种。放大电路：放大环形分配的各相指令，产生步进电机的各相的驱动电流返回目录退出上一页下一页

天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 3三相三拍的原理介绍。做出课件模拟步进电机的动作步骤动画模拟三相是指步进电机有三相定子绕组,三拍是指每三次转换为个循环三相步进电机,定子有六个磁极,分为三对,每个磁极上装有KND1A系列系统外观及安装图控制绕组。一对磁极通电后,对应产生N极磁场;转子为带齿的铁心(反应式)或磁钢(混合式)。对磁极依次产生气隙磁场,吸引当定子三相依次通电时,三 ∫R 子一步步转动。 (a)A相通电 (b)B相通电 (c)C相通电 CMC技术》—机械工稚亲回目歌一出一夏下页

3三相三拍的原理介绍。做出课件模拟步进电机的动作步骤三相是指步进电机有三相定子绕组，三拍是指每三次转换为一个循环三相步进电机，定子有六个磁极，分为三对，每个磁极上装有控制绕组。一对磁极通电后，对应产生N/S极磁场；转子为带齿的铁心（反应式）或磁钢（混合式）。当定子三相依次通电时，三对磁极依次产生气隙磁场，吸引转子一步步转动。返回目录退出上一页下一页 [动画模拟]

天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 4三相六拍: 设A相首先通电,转子齿与定子A、A对齐 (图a)。然后在A相继续通电的情况下接通B相这时定子B、B'极对转子齿2、4产生磁拉力,使 L一转子顺时针方向转动,但是A、A极继续拉住齿1 (b) 3,因此,转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示,即转子从图(a)位置顺时针转过了15°。接着A相断电,B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B‘极对齐(图c),转子从图(b)的位置又转过了15° 三相三拍的通电次序为:A-BCA; AB-BC-CA-AB 相六拍的通电次序为: A-AB-B-BC-C-CA-A 可见三相三拍与三相六拍相比较,六拍的步距角小,精度高。 CMC技术》—机械工稚亲回目歌一出一夏下页

三相三拍的通电次序为：A-B-C-A;AB-BC-CA-AB 三相六拍的通电次序为：A-AB-B-BC-C-CA-A 可见三相三拍与三相六拍相比较，六拍的步距角小，精度高。设A相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐（图a）。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A′极继续拉住齿1、 3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示，即转子从图(a)位置顺时针转过了15°。接着A相断电，B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐（图c），转子从图(b)的位置又转过了15 ° 4 三相六拍：返回目录退出上一页下一页

天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 5三相硬件环分得的驱动控制如图三相步进电动机驱动装置电源 A相驱动 CNC CLK B相驱动装置DR 环形 ULA日分配器[「c相驱动图4.2.6三相硬件环形分配器的驱动控制 CLK为指令脉冲DR为旋转方向, FULL/HALF为整步/半步的控制。 CMC技术》—机械工稚亲回目歌一出一夏下页

5 三相硬件环分得的驱动控制如图： CLK 为指令脉冲 DIR 为旋转方向， FULL/HALF 为整步/半步的控制。返回目录退出上一页下一页

天骨中取业术学院看 Sino-German ocational Teghnology Institute 60V 6驱动电路单电源: 100 Vsr信号为高电平-GD(光 VD 电隔离二极管不导通,三极 +5V+12v 管截止)—VT基极有驱动电 8n 流-L上通电。 410a 1 kn Vsr信号为低电平-GD(光 VT 电隔离二极管导通,三极管 VDI 导通)-T基极没有驱动电流-L上断电。 GD 图4.28单电压供电功放电路 CMC技术》—机械工稚亲回目歌一出一夏下页

6 驱动电路单电源： Vsr信号为高电平---GD（光电隔离二极管不导通，三极管截止）----VT基极有驱动电流----L上通电。 Vsr信号为低电平---GD（光电隔离二极管导通，三极管导通）----VT基极没有驱动电流----L上断电。返回目录退出上一页下一页

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