第三章 机制48学时 进给伺服系统发稿,打印人手一份.doc

机制0903，0904，0905数控技术 第三章进给伺服系统设计 发稿，人手一份一 反应式步进电机的技术指标术语1齿数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数叫一个磁极，每个磁极上出现的一个凸凹状叫一个齿。常用Z表示。2相数：二相 A,B; 三相： A,B,C; 五相：A,B,C,D,E;3拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用M表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，拍数为4；四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A拍数为8。4步距角：每通电一次，转子转过的角度。 （31） 某步进电机转子齿数Z80，三相六拍工作方式，求步距角：代入（31）式0.75度。5最大静转矩：电机在任意通电状态下，电机转子自身能输出的最大静力矩。6额定电压：加在线圈上的电压：单相驱动电压：6V,12V,27V,60V ，高低电压驱动：60/12V, 80/12V 7额定电流：电机在额定电压下，达到最大静转矩各相所需要的电流。8失步（丢步）：电机运转时运转的实际步数，少于理论上的步数。称之为失步（丢步）。这是由于惯性引起的。9超步：电机运转时运转的实际步数，多于理论上的步数。称之为超步。这是由于惯性引起的。10最大空载起动频率fq：步进电机从静止开始启动，能够不丢步运行的最大通电频率。11最大空载的运行频率f：步进电机通电启动后，通电频率逐渐升高，能够不丢步运行的最大通电频率。12. 带负载启动频率fj （32） = （33） = （34）JF 为负载折合到电机轴上的转动惯量，J为转子的转动惯量，见（32）。 13转动脉冲当量：步进电机每转一个步距角，最终执行机构转过的角度,（33式）14直线脉冲当量：步进电机每转一个步距角，最终执行机构运动的直线位移,（34 式） 例题：某数控车床采用110BF003步进电机，步距角0.75,要求0.01mm，T6mm，设计传动系统，画出传动原理图和结构原理图。解：由=得：=Z1 Z2 T 为结构原理图15. 矩频特性： 电机运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据,如图35。原因是自感电动势有关。图35 矩频特性 M f 提示：步进电机功率W一定，W=M 为什么不是双曲线关系呢？因为根据楞茨定律，频率越高，自感电动势削弱了电流，使扭矩降低。至此，本章涉及电与磁方面的四个定律：1毕奥萨伐尔拉普拉斯定律 （用右手螺旋法则）。 2安培定律 （用左手定则） 3法拉第电磁感应定律 （用右手定则，是电机的逆向发电机原理） 4楞茨定律 （用右手定则判断） 16步进电机自动升降速控制机床开始加工时，伺服系统电机由静止自动升速到要求的速度，恒速加工，快到终点时，伺服系统电机转速逐渐下降，以比较低的速度静止运转，即到加工终点。步进电机的自动升降速曲线如图311所示，这种升降速时间最短。f t fJ 升速段t1 恒速段t2 降速段t3 图36 自动升降速 二步进电机正反转控制及其与计算机接口电路 1. 接口电路设计三相A、B、C步进电机三相单三拍通电脉冲相序：ABCABCA，M=3,当步进电机反转时的通电相序为正转时刻的反向顺序，三相六拍通电脉冲相序：AABBBCCCAAAB，M=6,某时刻CA通电，反转通电相序为：CBCBABACACBC设IPC5313并行输入输出接口卡的150H口的D0、D1、D2分别接A、B、C相，显然是弱电控制强电，需要采用光电隔离，发光二极管正极接5V，负极接计算机IPC5313并行输入输出接口卡的150H口的D0、D1、D2引脚，计算机向D0、D1、D2位发1为低电平，相应相放大电路导通，线圈通电；发0为高电平，相应相放大电路不导通，线圈不通电；如图37：图37 用IPC5313并行输入输出卡控制三相步进电机接口电路图 D0 D1 D2 地 +5V 12V A相放 大电路 B相放 大电路 C相放 大电路 D1 三相六拍正转通电脉冲状态数为： 00000001B 01H A相通电 00000011B 03H A、B相通电 00000010B 02H B相通电 00000110B 06H B、C相通电 00000100B 04H C相通电 00000101B 05H C、A相通电 2三相六拍+X向点动程序ZCXZD.CPP,按右箭头键X向点动运行；按ESC退出点动#include #define RIGHT 333#define ESC 27FILE *fp;int GetKey(void);unsigned char a6=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05;int r=0,i=0,shu=0;int key;main() while(r=0) N 开 始 读入脉冲当量总数到变量j j 0？ Y j = j 1 显示剩余步数 超程吗？ Y 结 束 N 图38 用IPC5313图卡的手动运行程序框，行程开关接口电路图 行程开关接153H口的D7位 key=GetKey();if(key=ESC) break;if(key=RIGHT) outportb(0x150,ai); shu+; printf(%dn,shu); i+; if(i=6) i=0; int GetKey(void) / 执行这个程序，函数返回值为按键的 ASCII码 int Ch,Low,Hig; Ch=bioskey (0);Low=Ch&0x00ff; Hig=(Ch&0xff00)8; return(Low=0? Hig+256:Low);3三相六拍+X向手动运行程序设计ZCXZYX.CPP运行脉冲当量已经存在D盘根目录下的shoudong.dat文件中，用150H口接口电路如图37，只是在153H口的D7位接行程开关，行程开关接口电路图和程序框图如图38，边运行边显示运行的步数。#include #include FILE *fp;void yxmove();unsigned char a6=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05; 负载转矩Mf 合适的步矩角 静转矩电流 确定电机型号 初选电机型号,矩 频特性MdMf 转矩合适吗？N Y 图39 步进电机选择计算步骤int c=0,r=0,i=0,j=0,s=0;main()fp=fopen(d:shoudong.dat,r);fscanf(fp,%d,&j);fclose(fp);while(j0) yxmove(); c=inportb(0x153); r=c&0x80; if(r!=0) break; void yxmove() outportb(0x150,ai); j-; printf(“%dn”,j); i+; if(i=6) i=0;作业题1：某加工中心机床转动坐标用步进电机有96个齿, 采用5相10拍方式驱动, 要求实现转动脉冲当量0.025度,1. 求步进电机的步矩角。2. 试设计此传动系统,并画出结构原理。3. 若工作台转动角速度为360度/分,求计算机发脉冲的频率。作业题2：某数控机床的步进电机驱动系统，已知步进电机转子的齿数为80，三相六拍工作方式。丝杠的导程值为6mm，脉冲当量为0.01mm。求：1.步进电机的步距角；2.步进电机每转所需脉冲数；3.若驱动步进电机的脉冲频率f=2400次/s, 此时步进电机的转速，工作台运行的速度；4.设计该传动系统，画出传动结构原理图。三步进电机的选择选择步进电机有步距角（涉及到相数、齿数和拍数）、转矩（是工作状态的转矩）、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1步距角的选择： 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机），1.5度/0.75度 （三相电机）等。步距角的选择遵循公式（33）和（34）。这样就选择了传动比，和丝杠螺距，蜗轮蜗杆，带轮等等机械传动一部分参数就确定了，另一些参数，如齿轮齿数模数后续再计算。2转矩的选择： 步进电机的动态转矩与频率有关，即图35矩频特性，一下子很难确定，先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载（转动惯量）和摩擦负载（摩擦力、切削力等）二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下按恒速运行只要考虑摩擦负载，惯性负载作为后续验算： 静力矩 Mj （23）负载力矩Mf （35）静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。 运行频率: （36）V 工件运行速度 m/min ,脉冲当量mm/步 。通过f 可以用说明书查图3-5步进电机的动态转矩Md。3. 电流的选择: 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）,综上所述选择电机一般应遵循图39步骤。4. 步进电机惯性负载的验算: 步进电机轴上总当量负载转动惯量Jd与电机轴自身转动惯量Jm的比值应控制一定范围内，取： （37）如果比值太大，相当于Jd太大，Jm太小，则伺服系统的动态性能取决于负载，由于工作条件变化，如刹车，受力大小变化等，引起负载的阻尼，质量，刚度等变化，电机左右不了（把握不了）负载的动态变化，会使伺服系统不稳定，影响寿命，也产生误差。如果比值太小，相当于Jd太小，Jm太大，则电机选择不合理，能力过剩，或传动系统不足，伺服系统的动态性能取决于电机。所以根据（324）验算后，若不合理，修改机械传动部分的参数。四. 选择题 1数控系统所规定的最小设定单位就是（ C ）。A. 数控机床的运动精度 B. 机床的加工精度 C. 脉冲当量 D. 数控机床的传动精度2步进电机的转速是通过改变电机的（ A ）而实现。A.