数控机床的驱动与位置控制1.ppt

数控技术 * 1、按调节理论分类 1）开环伺服系统 2）闭环伺服系统 3）半闭环伺服系统 6.1.2 伺服系统的分类 指令 驱动电路 步进电机 工作台 脉冲 伺服电机 速度检测 速度控制 位置控制 位置检测 伺服电机 速度控制 位置控制 工作台 脉冲编码器 指令 * 5、步距角和转速计算 1）步距角 mk：一个周期的运行拍数 Z：转子齿数 如：Z=40 , mk=3时 拍数：mk k= 1 奇数拍制 2 偶数拍制 m：相数 * 每输入一个脉冲，电机转过 即转过整个圆周的1/(Zmk）, 也就是1/(Zmk）转 因此每分钟转过的圆周数，即转速为 式中：n——转速（r/min); f——脉冲频率，即每秒输入步进电机的脉冲数； q——用度数表示的步距角。 2）转速 * 6.2.3 步进电动机的开环系统设计 步进电机开环系统设计要解决的主要问题： 1、传动计算 2、进给指令的给定 3、驱动电路设计或选择。 1、步进电机开环进给系统的传动计算 图中：f —脉冲频率（Hz ） q— 步距角 （度） Z1、Z2 — 传动齿轮齿数 t — 螺距（mm） d— 脉冲当量（mm） 步进电机 Z1 Z2 ? t f，q * 传动比选择：为了凑脉冲当量?mm，也为了增大传递的扭矩，在步进电机与丝杠之间，要增加一对齿轮传动副，那么，传动比 i=Z1/Z2与q、d 、t之间有如下关系： 例：d = 0.01 t = 6 mm q= 0.75° * 2、进给速度F： 一般步进电机： 若：d=0.01 mm 则： 若：d=0.001mm 则： 因此，当 一定时， 与d成正比，故我们在谈到步进电机开环系统的最高速度时，都应指明是在多大的脉冲当量d下的，否则是没有意义的。 例1: 设X-Y 工作台由步进电机直接经丝杆螺母副驱动，丝杆螺距为5mm，步进电机步距角为150，工作方式三相六拍，工作台最大行程为400mm，求：（1）脉冲当量； （2）微机发出的脉冲总数是多少？ 步进电机 Z1 Z2 ? t f，q (2)计算脉冲数n，由 n ?=L(工作台最大行程） 所以，脉冲数为： n =L/ ?=400/0.02083=19200步 解： （1）计算脉冲当量： 360 = ? L0 ? 已知， L0=5mm， ? =150 求脉冲当量?=？ ?=5/360 ?1.5=0.02083(mm) 2、步进电机直接经丝杆螺母驱动工作台，步进电机步距角0.720,工作台质量为100kg，负载质量为50kg，切削负载为4000N，丝杆螺距为5mm，如果步进电机从500Hz线性加速到2000Hz，加速时间为0.2S，求步进电机的启动转距？ 解：忽略滚珠丝杠及电机的转动惯量，则折算到电机轴上的等效惯量： J=m( V ? ) 已知：m=100+50=150kg , f=500Hz; V=f × ?=500 ?0.01=5mm/s 360 ° = ? L0 ? = 0.01mm 2 J=m( V ? ) 2 所以， =（100+50）（5/2?） =95.08 ?10-6(kg.m) 2 2 (2)求电机轴的等效矩： T =F（ ） V ? F——为切削负载4000N; V——5mm/s =4000（5/2 ?）=3184.7 Nmm=3.184 NM (3)步进电动机的角加速度： ?= d ? dt = df dt ? = (?t – ?0 ) t 2 ? 360 0.72 = 2000 – 500 0.2 ? 2 ? 360 ? 0.72 =94.2 rad/s 2 所以，步进电机的启力矩为： T q ? T + J ? T——等效力矩； J ——快速空载启动时产生的最大加速度所需的力矩。 ?——步进电动机的角加速度。 所以， T q ? T + J ? =3.184+95.2 ? 10-6 ?94.2 = 3.27 N.m 3、一台五相步进电机，五相五拍运行时其步距角是1.50，此电动机转子上应有几个齿？齿距角是多少？此电动机若按十拍运行，齿距角是多少度？按五拍和十拍运行时，每走一步对应的电角度是多少？ 解：（1）步距角： 360 = mKz ? 0 Z——齿数；m——相数；K—— 1 五拍（单拍） 2 十拍（双拍） 所以，五拍运行时： 360 = mKz ? 0 =1.5 0 K=1 m=5 Z= 360 0 /5 ?1 =72齿 十拍运行时： 360 = 5? 2 ?72 ? 0 =