数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 从电动机的工作原理来讲，直线电动机有直流、交流、步进、永磁、电磁、同步和 异步等多种方式：而从结构来讲，又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。目前 应用到数控机床上的主要有高精度、高频率响应、小行程直线电动机和高精度、大推力 长行程直线电动机两类 此外，按驱动方式分类，可将伺服系统分为液压伺服驱动系统、电气伺服驱动系统 和气压伺服驱动系统：按控制信号分类，可将伺服系统分为数字伺服系统、模拟伺服系 统和数字模拟混合伺服系统等 进给伺服系统作为数控机床的重要功能部件，其特性一直是影响系统加工性能的重 要指标，围绕进给伺服系统动、静态特性的提高，近年来发展了多种伺服驱动技术。伺 服驱动元件（伺服电动机）为数控伺服系统的重要组成部分，是速度和轨迹控制的执行元 件，伺服系统的设计、调试与选用的电机及其特性有密切关系，直接影响伺服系统的静 动态品质。在数控机床中常用的驱动元件有直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机和 直线电机等。直流伺服电机具有良好的调速性能，在20世纪70年代、80年代的数控系 统中得到了广泛的应用：交流伺服电机由于结构和控制原理的发展，性能大大提高，从 20世纪80年代末开始逐渐取代直流伺服电机，是目前主要使用的电机：步进电机应用 在轻载、负荷变动不大以及经济型数控系统中：直线电机是一种很有发展前途的特种电 机，主要应用在高速、高精度的进给伺服系统中，可以预见随着超高速切削、超精密加 工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机等 将成为数控机床行业的关注的热点，并成为进给同服系统的发展方向。 第二节步进伺服驱动控制 步进电动机是一种将电脉种信号转换成机诚角位移的电磁机械装智，由于所用电原 是脉冲电源，所以也称为脉冲马达。步进电动机是一种特殊的电动机，一般电动机通电 后连续旋转，而步进电动机则跟随输人脉冲按节拍一步一步地转动。每施加一个电脉冲 信号，步进电动机就旋转一个固定的角度，称为一步，每一步所转过的角度叫做步距角。 步进电动机的角位移量和输人脉冲的个数成正比，在时间上与输人脉冲同步，因此，只 需控制输人脉冲的数量、频率及电动机绕组通电相序，使可获得所需的转角、转速及旋 转方向。无脉冲输入时，在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置而处于定 位状态。 步进电动机的分类、结构及特点 1.步进电动机的分类 步进电动机的种类繁多，有旋转运动的、直线运动的和平面运动的。按作用原理分 步进电机有反应式（磁阻式）、感应子式、永磁式和混合式四大类。按输出功率和使用场 合分类，分为功率步进电机和控制步进电机。按定子数目可分为单段定子式（径向式）与 多段定子式（轴向式）。按相数可分为两相、三相、四相、五相、六相等。 2.步进电动机的结构及特点 兰州交通大学机电工程学院 数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 8 从电动机的工作原理来讲，直线电动机有直流、交流、步进、永磁、电磁、同步和 异步等多种方式；而从结构来讲，又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。目前 应用到数控机床上的主要有高精度、高频率响应、小行程直线电动机和高精度、大推力、 长行程直线电动机两类。 此外，按驱动方式分类，可将伺服系统分为液压伺服驱动系统、电气伺服驱动系统 和气压伺服驱动系统；按控制信号分类，可将伺服系统分为数字伺服系统、模拟伺服系 统和数字模拟混合伺服系统等。 进给伺服系统作为数控机床的重要功能部件，其特性一直是影响系统加工性能的重 要指标，围绕进给伺服系统动、静态特性的提高，近年来发展了多种伺服驱动技术。伺 服驱动元件(伺服电动机)为数控伺服系统的重要组成部分，是速度和轨迹控制的执行元 件，伺服系统的设计、调试与选用的电机及其特性有密切关系，直接影响伺服系统的静、 动态品质。在数控机床中常用的驱动元件有直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机和 直线电机等。直流伺服电机具有良好的调速性能，在 20 世纪 70 年代、80 年代的数控系 统中得到了广泛的应用；交流伺服电机由于结构和控制原理的发展，性能大大提高，从 20 世纪 80 年代末开始逐渐取代直流伺服电机，是目前主要使用的电机；步进电机应用 在轻载、负荷变动不大以及经济型数控系统中；直线电机是一种很有发展前途的特种电 机，主要应用在高速、高精度的进给伺服系统中，可以预见随着超高速切削、超精密加 工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机等 将成为数控机床行业的关注的热点，并成为进给伺服系统的发展方向。 第二节 步进伺服驱动控制 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置，由于所用电源 是脉冲电源，所以也称为脉冲马达。步进电动机是一种特殊的电动机，一般电动机通电 后连续旋转，而步进电动机则跟随输人脉冲按节拍一步一步地转动。每施加一个电脉冲 信号，步进电动机就旋转一个固定的角度，称为一步，每一步所转过的角度叫做步距角。 步进电动机的角位移量和输人脉冲的个数成正比，在时间上与输人脉冲同步，因此，只 需控制输人脉冲的数量、频率及电动机绕组通电相序，便可获得所需的转角、转速及旋 转方向。无脉冲输入时，在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置而处于定 位状态。 一、步进电动机的分类、结构及特点 １．步进电动机的分类 步进电动机的种类繁多，有旋转运动的、直线运动的和平面运动的。按作用原理分， 步进电机有反应式(磁阻式)、感应子式、永磁式和混合式四大类。按输出功率和使用场 合分类，分为功率步进电机和控制步进电机。按定子数目可分为单段定子式(径向式)与 多段定子式(轴向式)。按相数可分为两相、三相、四相、五相、六相等。 2．步进电动机的结构及特点