华中科技大学：《数控技术》课程教学资源（PPT课件）第4章 进给伺服驱动系统 4.3 进给电机及驱动

第4章进给伺服驱动系统 4.1 概述 4.2位置检测装置 4.3进给电机及驱动 4.4进给伺服系统的控制原理和方法

1 4.1 概述 4.2 位置检测装置 4.3 进给电机及驱动 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法 第4章 进给伺服驱动系统

4.3进给电机及驱动 CNC装置发出的位移指令信号，由伺服驱动装置作一 定的转换和放大后，经伺服电机和机械传动机构，驱动机床 的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动. 进给驱动系统的组成： 驱动器和电机。 进给电机的类型： 步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机和直线电机。 2

2 4.3 进给电机及驱动 CNC装置发出的位移指令信号，由伺服驱动装置作一 定的转换和放大后，经伺服电机和机械传动机构，驱动机床 的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动. 进给驱动系统的组成： 驱动器和电机。 进给电机的类型： 步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机和直线电机

4.3进给电机及驱动 4.3.1步进电机及驱动 驱动器每向步进电机输入一个电脉冲信号，步进电机 转动一个角度，称为步距角，通过齿轮和丝杠带动工作台 移动。步进式进给伺服驱动系统属于开环控制系统。 步进电机转过的角度与电脉冲信号个数成正比，转动 速度与电脉冲信号的频率成正比。 优点：电机具有自锁能力；每转一周都有固定的步数，理论 上说步距误差不会累积。 缺点：在大负载和速度较高的情况下容易失步，能耗较大。 应用：步进电机的速度不高，在脉冲当量为1/脉冲时， 最高移动速度为2m/min,主要用于速度和精度要求不太高的 经济型数控机床和旧机床改造。 3

3 4.3.1 步进电机及驱动 驱动器每向步进电机输入一个电脉冲信号，步进电机 转动一个角度，称为步距角，通过齿轮和丝杠带动工作台 移动。 步进式进给伺服驱动系统属于开环控制系统。 步进电机转过的角度与电脉冲信号个数成正比，转动 速度与电脉冲信号的频率成正比。 优点：电机具有自锁能力； 每转一周都有固定的步数，理论 上说步距误差不会累积。 缺点： 在大负载和速度较高的情况下容易失步，能耗较大。 应用：步进电机的速度不高，在脉冲当量为1μm/脉冲时， 最高移动速度为2m/min，主要用于速度和精度要求不太高的 经济型数控机床和旧机床改造。 4.3 进给电机及驱动

4.3进给电机及驱动 逆时针旋转30 逆时针旋转30 B相通电 A相通电 C相通电 逆时针旋转30 4

4 A B C A B 逆时针旋转30° 逆时针旋转30° B相通电 逆时针旋转30° A相通电 C相通电 A B C A B C 1 2 3 4 C 1 2 3 4 A B C A B C 1 2 3 4 4.3 进给电机及驱动

4.3进给电机及驱动 1.步进电机分类：常见的分类方式有按相数、按产生力矩的 原理、按输出力矩的大小和结构进行分类 ◆按相数分：有三相、四相、五相、六相等。相数越多，步 距角越小，输出转矩越大，但结构也越复杂。通电方式采用 m相m拍、双m拍和m相2m拍等。 ◆按力矩产生的原理分：有反应式、永磁反应式和混合式三 类。 ◆按输出力输出力矩的大小分：快速步进电机(0.07Nm~ 4Nm)和功率步进电机(5Nm~50Nm)两类。 ◆按结构分类：有轴向分相式（即多段式）和径向分相式 (即单段式)。 5

5 1. 步进电机分类：常见的分类方式有按相数、按产生力矩的 原理、按输出力矩的大小和结构进行分类  按相数分：有三相、四相、五相、六相等。相数越多，步 距角越小，输出转矩越大，但结构也越复杂。通电方式采用 m相m拍、双m拍和m相2m拍等。  按力矩产生的原理分：有反应式、永磁反应式和混合式三 类。  按输出力输出力矩的大小分：快速步进电机（0.07Nm～ 4Nm）和功率步进电机（5 Nm～50 Nm）两类。  按结构分类：有轴向分相式（即多段式）和径向分相式 （即单段式）。 4.3 进给电机及驱动

4.3进给电机及驱动 2.步进电机工作原理 反应式步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有激磁绕 组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠磁极对齿的吸合工 作。 定子绕组 定子 转子 6

6 2. 步进电机工作原理 反应式步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有激磁绕 组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠磁极对齿的吸合工 作。 定子 转子 定子绕组 4.3 进给电机及驱动

4.3进给电机及驱动 两个相对的磁极组成一相。 A 注意：这里的“相” 定子 和三相交流电中的 “相”的概念不同。 转子 步进电机通的是电脉 冲，主要是指线图的 0 联接和组数的区别

7 A B 定子 转子 IA IB IC 两个相对的磁极组成一相。 注意：这里的“相” 和三相交流电中的 “相”的概念不同。 步进电机通的是电脉 冲，主要是指线图的 联接和组数的区别。 4.3 进给电机及驱动

4.3进给电机及驱动 步进电机的工作方式（通电顺序）可分为： 三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。 1)三相单三拍： >三相绕组联接方式：Y型 >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 8

8 步进电机的工作方式(通电顺序)可分为： 三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。 1）三相单三拍： 三相绕组联接方式：Y 型 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 4.3 进给电机及驱动

4.3进给电机及驱动 A相通电 B相通电 C相通电 9

9 B' A' C C' B A 3 4 1 2 A 相通电 B相通电 C相通电 B B' A' C C' A B ' A' C C' B A C A 4.3 进给电机及驱动

4.3进给电机及驱动 >三相单三拍的工作特点： ①每来一个电脉冲，转子转过30°； ②转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序； ③ 每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失去自 锁转矩，容易产生失步； ④ 只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位置易 产生振荡。 10

10 7.2 步进电机及其驱动控制系统 三相单三拍的工作特点： ① 每来一个电脉冲，转子转过 30； ② 转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序； ③ 每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失去自 锁转矩，容易产生失步； ④ 只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位置易 产生振荡 。 4.3 进给电机及驱动