数控技术及应用第6章 数控机床的电气驱动-步进电动机.ppt

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1、第六章数控机床的电气驱动主要内容：1、步进电动机2、进给伺服电动机直流伺服电动机；交流伺服电动机。3、数控机床主轴电动机1、概述机床动力源：气动、液压、电动。数控机床动力源：主要是电动机。机床动力源根据用途分为:主轴驱动动力源：为主轴提供能量和较高的速度，由电动机驱动，不用液压马达。进给驱动动力源：与主轴驱动动力源相比，进给驱动动力源的功率小得多，一般1KW就足够。此外进给速度比切削速度慢很多。辅助运动驱动动力源：通常使用交流感应电动机作为动力源，这些辅助运动包括冷却泵、除屑、驱动液压马达等，只需要进行开/关控制。工作原理：步进电机是利用电磁铁原理

2、,将脉冲信号转换成线位移或角位移的电动机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，改变转动方向。(4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比。2、步进电动机2、步进电动机缺点：最大缺点是失步。失步包括丢步和越步。丢步：指转子前进的步数小于电脉冲数；越步：指转子前进的步数多于电脉冲数；在大负载和转速较高时，更容易发生失步。步进电机主要用于经济型数控机床的进给驱动。以反应式三相步进电机为例说明步进电机的结构和原理。通常按励磁方式分为三大类：1）反

3、应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应用最广。2）永磁式：转子的极数=每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大。3）感应子式(混合式)：开小齿，混合式步进电机优点：转矩大、动态性能好、步距角小。步进电机的种类三相反应式步进电动机结构注意：步进电机通的是直流电脉冲步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成。定、转子铁心由软磁材料或硅钢片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相等。其中定子有六个磁极,定子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，每两个相对的磁极为一相，组成一相控制绕组,转子上没有绕组。转子上相邻两齿间的夹

4、角称为齿距角。假设转子上有四个齿，则相邻两齿间夹角（齿距角）为900.图6-1三相反应式步进电机结构步进电机是按电磁吸引的原理进行工作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三对磁极就依次产生磁场，每次仅对转子的某一对齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步转动。当转子某一对齿的中心线与定子磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。如果控制线路不停地按一定方向切换定子绕组各相电流，转子便按一定方向不停地转动。步进电机每输入一个脉冲电信号，转子转过的角度称为步距角。工作方式步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、双六拍；三相双三拍等。“单”是

5、指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指每三次换接为一个循环。一、三相单三拍（1）三相绕组联接方式：Y型（2）三相绕组中的通电顺序为：A相B相C相通电顺序也可以为：A相C相B相（3）工作过程被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。A相通电，A方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子A相通电使转子1、3齿和AA'对齐。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿和B相轴

6、线对齐，相对A相通电位置转30；1C'342CA'BB'AC相通电再转30图6-5步进电机工作原理这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过30。此角称为步距角，用S表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。三相单三拍的缺点：①由于每次只有一相绕组通电，在切换瞬间将失去自锁转矩，容易失步；②另外，只有一相绕组通电，易在平衡位置附近产生振荡，稳定性不佳，故实际应用中不采用单三拍工作方式。二、三相单、双六拍三

7、相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA共六拍。工作过程：A相通电，转子1、3齿和A相对齐。CA'BB'C'A3412所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA'通电，转子转了15°。（1）BB'磁场对2、4齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针方向转动。A、B相同时通电（2）AA'磁场继续对1、3齿有拉力。CA'BB'C'A3412总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为15。CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：ABBCCAAB共三拍。AB

8、通电CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通电以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定