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第6章开环伺服系统

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伺服系统

伺服系统

加减速时间设定
加减速用加减速时间的长短来设定，加减速时间越短，速度变化大， 系统易引起振荡；反之，系统的响应性变慢。加减速有线性加减速和指 数加减速。在线性加减速中，加速度有突变，应根据负载惯量核算最大 可达到的加速度，从而确定加速到最大速度所需要的时间；在指数加减 速中，加速度变化无突变，速度变化平稳，必须设定加减速总时间和加 减速升降速时间。
以移动部件的位置和速度作为控制量的 自动控制系统。
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
伺服系统组成
位置控制 + 位置控制 调节器 — 速度控制
+
—
--
位置 指令
速度控制 调节器
功率 驱动
机械传动机构
实际速度反馈 速度检测 电机 实际位置反馈 位置检测
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
基本工作原理
伺服系统
伺服系统参数
机电一体化技术
v、a v a
v、a
v
a
O t O
ta
t1
ta
t2
t
线性加减速
指数加减速
伺服系统
伺服系统参数
机电一体化技术
阻尼
运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决于系统的阻尼和固有频率， 系统的阻尼越大，振幅越小，且衰减越快。运动副（特别是导轨）的摩擦阻 尼占主导地位，实际应用中一般将摩擦阻尼简化为粘性摩擦阻尼。系统的粘 性摩擦阻尼越大，系统的稳态误差越大，精度越低。对于质量大、刚度低的 机械系统，为了减小振幅，加速衰减。可增大粘性摩擦阻尼。
位置检测装置将检测到的移动部件的实 际位移量进行位置反馈，与位置指令信号进 行比较，将两者的差值进行位置调节，变换 成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服电 动机以给定的速度向着消除偏差的方向运动，

机床数控技术及应用课后答案

机床数控技术及应用课后答案

机床数控技术及应用课后答案【篇一：课后习题答案(数控技术)】>第一章绪论1．数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？答：数控机床由输入装置、cnc装置、伺服系统和机床的机械部件构成。

2．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。

（2）闭环控制系统；其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。

（3）半闭环控制系统：其特点：a. 反馈信号取自于传动链的旋转部位；b. 检测电动机轴上的角位移；c. 精度及稳定性较高，价格适中。

应用最普及。

3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。

如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。

（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。

b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。

如：简易数控车床和简易数控铣床等。

（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。

具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。

4．数控机床有哪些特点？答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。

适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等第二章数控加工编程基础1．什么是“字地址程序段格式”，为什么现代数控系统常用这种格式？答：字地址程序段的格式：nxxgxxxxxyxxzxxsxxfxxtxxmxx；特点是顺序自由。

伺服控制(电液伺服系统 )课件

伺服控制(电液伺服系统 )课件
20
（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
17
闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
11
将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +

步进电机的开环控制和闭环控制

步进电机的开环控制和闭环控制

步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。

因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。

图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。

2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。

但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。

实现环形安排的方法有两种。

一种是计算机软件安排，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。

这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。

但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。

另一种是硬件环形安排，采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。

采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。

2、步进电机的微机掌握：目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。

这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低掌握器硬件成本。

速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。

体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。

（2）可显著改善掌握的牢靠性。

集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电子电路。

（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。

《数控技术》习题库

《数控技术》习题库
2、数控机床的进给运动是由__________完成的。
A、进给伺服系统；B、主轴伺服系统；C、液压伺服系统；D、数字伺服系统；
3、数控折弯机床按用途分是一种_____数控机床。
A、金属切削类；B、金属成型类；C、电加工;D、特殊加工类；
4、只有装备了________的数控机床才能完成曲面的加工。
A、点位控制；B、直线控制；C、轮廓控制；D、B—SURFACE控制
20.G00在指令机床运动时_________。
A、允许加工B、不允许加工C、由用户事先规定
21.G00指令实现的是_________。
A、点位控制功能B、直线控制功能C、轮廓控制功能
22.G01指令在控制数控机床运动时，其运动速度由_________。
A、F指令指定B、S指令指定C、NC系统预先设定的参数确定
A、m/min B、mm/min C、r/min
8.主轴转速指令S后的数字的单位为_________。
A、r/s B、mm/min C、r/min
9.在ISO标准中,各坐标轴的正方向是指_________。
A、刀具运动的方向
B、刀具相对与工件的运动方向
C、工件相对于刀具的运动方向
10.ISO标准规定，Z坐标为_________。
12.数控铣床在加工过程，NC系统所控制的总是。
A、零件轮廓的轨迹B、刀具中心的轨迹C、工件运动的轨迹
13.在采用刀具半径补偿功能加工零件的外轮廓，应采用.
A、左刀补B、右刀补C、根据走刀方向确定刀补方向
三、简答题：
1、试用框图说明CNC系统的组成原理，并解释各部分的作用.
2、从CNC装置中含CPU的多少以及CPU的作用来看，CNC装置分为几类？试简述每一个的特征

第6章开环伺服系统

第6章开环伺服系统
i-1
ni nm
2
)
+
n
∑Mj(
j-1
Vj 2πnm
2
)
kg m 2
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2)步进电机选择步骤
第六章 伺服驱动系统
② 计算惯量
m
Jleq=∑Ji(
i-1
ni nm
2
)
+
n
∑Mj(
j-1
Vj 2πnm
2
)
kg m 2
nm —— 步进电机速度 r/min
ni —— 第i个转动部件的转速r/min
3o
B相
6o
C相
转子
转子
转子
4.工作原理
360 一般 α= mzk
第六章 伺服驱动系统
m——绕组相数； Z——转子齿数，单拍k=1,双拍k=2。
360
. . 三拍通电激磁，步距角α=
= 3o
3 40 1
. . 六拍通电激磁，步距角α = 3
360 40
= 1.5o
2
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第六章 伺服驱动系统
逐渐上升或下降的加速时间、减速时间不能过小，否则会 出现失步或超步
一般用加速时间常数Ta 和减速时间常数Td来描 述步进电机的升速和降 速特性
步进电机卡开环伺服应用实例
步进电机转子有80个齿，采用三相六拍驱动方式，经
丝杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，丝杠的导程
为5mm，工作台移动最大速度为6mm/s。求：
使磁路中的磁阻最小，转子处在平衡位置不动（θ＝0）。如果在电机轴上外 加一个负载转矩Mz，转子会偏离平衡位置向负载转矩方向转过一个角度θ， 角度θ称为失调角。有失调角之后，步进电机就产生一个静态转矩（也称为 电磁转矩），这时静态转矩等于负载转矩。静态转矩与失调角θ的关系叫矩 角特性，如图6-6所示，近似为正弦曲线。该矩角特性上的静态转矩最大值 称为最大静转矩。在静态稳定区内，当外加负载转矩除去时，转子在电磁转 矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置（θ＝0）。

数控技术第四章开环伺服系统


开环伺服系统在机器人中的应用
机器人是另一个应用开环伺服系统的关键领域。开环伺服系统在机器人 的运动控制中发挥着重要作用，确保机器人能够准确、快速地执行任务 。
在机器人应用中，开环伺服系统主要用于控制机器人的关节运动和末端 执行器的位置，实现精确的定位和轨迹跟踪。
针对不同类型和用途的机器人，开环伺服系统的设计和性能也有所不同 ，需要进行针对性的开发和优化。
04
CATALOGUE
开环伺服系统的优缺点
开环伺服系统的优点
结构简单
开环伺服系统结构简单，没有反馈环节，因此系统设计和调试相对容易。
稳定性好
由于没有反馈控制，开环伺服系统的稳定性较好，不容易受到外部干扰的影响。
成本较低
开环伺服系统的元件相对较少，因此成本较低，适合于对精度要求不高的场合。
速度快
由于开环控制的特点，开环伺服系统在定位过程中速度较快。
定制化服务的需求增加
不同应用领域对开环伺服系统的需求差异较大，用户需要更加定制 化的服务来满足其特定需求。
开环伺服系统的未来展望
技术创新不断涌现
随着科技的不断进步，未来将有更多的技术创新应用于开环伺服系统，推动其性能和功 能的不断提升。
绿色环保成为重要发展方向
随着环保意识的不断提高，未来开环伺服系统将更加注重绿色环保，减少对环境的负面 影响。
智能化和网络化成为发展趋势
未来开环伺服系统将更加智能化和网络化，能够实现远程控制和实时监测，提高系统的 可靠性和稳定性。
THANKS
感谢观看
运动稳定性
开环伺服系统的运动稳定性主要取决于系统参数的调整和机械系统的动态特性，通过合理 设置系统参数和优化机械系统设计，可以提高系统的运动稳定性。

数控机床的伺服驱动系统

不同的含义。数组说明的方括号中给出的是某一维的长度;而 数组元素中的下标是该元素在数组中的位置标识。 数组是一种构造类型的数据。一维数组可以看作是由一维数 组嵌套而构成的。
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6.2 二维数组
6.2.3二维数组的初始化
一维数组初始化也是在类型说明时给各下标变量赋以初值。 一维数组可按行分段赋值，也可按行连续赋值。
6.2 步进电机及其驱动控制系统
4、根据结构分类 步进电机可制成轴向分相式和径向分相式，轴向分相式
又称多段式，径向分相式又称单段式。单段反应式步进电机， 是目前步进电机中使用最多的一种结构形式。还有一种反应 式步进电机是按轴向分相的，这种步进电机也称为多段反应 式步进电机。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
6.2.1步进电机的分类
1、根据相数分类 步进电机有二、四、五、六相等几种，相数越多，步距
角越小，而且采用多相通电，可以提高步进电机的输出转矩。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
2、根据力矩产生的原理分类 分为反应式和永磁反应式(也称混合式)两类。 反应式步进电机的定子有多相磁极，其上有励磁绕组， 而转子无绕组，用软磁材料制成，由被励磁的定子绕组产生 反应力矩实现步进运行。永磁反应式步进电机的定子结构与 反应式相似，但转子用永磁材料制成或有励磁绕组、由电磁 力矩实现步进运行，这样可提高电机的输出转矩，减少定子 绕组的电流。
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6.2 步进电机及其驱动控制系统
1、三相三拍工作方式 在图6-2中，设A相通电，A相绕组的磁力线为保持磁阻
最小，给转子施加电磁力矩，使磁极A与相邻转子的1、3齿 对齐；接下来若B相通电，A相断电，磁极B又将距它最近的 2、4齿吸引过来与之对齐，使转子按逆时针方向旋转30°； 下一步C相通电，B相断电，

数控机床试题

一、单选题1.冷却系统通常用于：机床冷却、（）。

主轴冷却B刀具冷却零件冷却正确答案B2.数控机床的急停按钮按下，则表示（）。

整台机床全部断电数控装置断电C伺服系统断电反馈系统断电正确答案C3.通常，交流伺服电动机（AC servo motor）在额定转速以上工作时，随着转速的升高，电动机输出的转矩将( )上升B不变下降正确答案B4.数控机床如长期不用时最重要的维护工作是（）。

清洁通风通电封存正确答案C5.开环伺服系统主要特征是系统内没有反馈装置，通常使用（）为伺服执行机构。

交流伺服系统直流伺服系统C步进电机伺服系统正确答案C6.数控加工中心通常使用的刀库有：( ) 和链式刀库。

回轮式刀库盘式刀库正确答案B7.（2分）ABC D正确答案D8.冷却系统通常用于：机床冷却、（）。

A主轴冷却B刀具冷却C零件冷却正确答案B9.某机床不能进行螺纹切削，应检查（）。

A主轴位置编码器B接近开关C进给倍率开关D主轴倍率开关正确答案A10.采用开环进给伺服系统的机床上，通常不安装（）A伺服系统B制动器C数控系统D位置检测器件正确答案D11.通常数控机床的故障可分为:数控系统故障、（）、液压系统故障、机械系统故障、其它辅助装置故障等。

A电源故障B伺服系统故障C熔断丝故障D电线断线故障正确答案B数控装置的构成通常由电源、CPU、存储器和（）部分组成。

A编程器B I/O接口C译码器D扩展口13.定期清理数控装置的散热通风系统和检查各冷却风扇工作的情况，是防止数控装置过热的有效维护措施，一般视环境状况，应（）检查清扫一次。

每月或每周B每半年或一个季度二年或一年半年以上正确答案B14.（2分）AB C D正确答案C15.通常数控机床的故障可分为:数控系统故障、（）、液压系统故障、机械系统故障、其它辅助装置故障等。

A电源故障B伺服系统故障C熔断丝故障D电线断线故障正确答案B16.数控机床如长期不用时最重要的维护工作是（）。

A清洁B通风C通电D封存正确答案C17.数控加工中心通常使用的刀库有：( ) 和链式刀库。

数控车床伺服进给系统结构设计毕业论文

摘要数控机床作为机电一体化的典型产品,在机械制造业中发挥着巨大的作用,很好的解决了现代机械制造中结构复杂，精密，批量小,多变零件的加工问题,且能稳定产品的加工质量,大幅度提高生产效率。

本论文主要对数控机床伺服进给系统的机械部分这一课题进行探讨，文中详细描述了数控机床伺服进给系统的设计方法,包括传动系统总体设计，滚珠丝杠副的选择，伺服电动机的选择,精度和刚度验算。

同时运用软件Solidworks做出伺服进给系统的零部件，以及将各个零部件进行装配，二维工程图出图。

关键词：数控机床;伺服电动机；伺服进给系统；滚珠丝杠副AbstractNC machine tools as typical electromechanical products, plays an enormous role in machinery manufacturing, it solutes the problems of modern machinery manufacturing complex, precision, small batches，changeable parts processing, also it can be able to stable quality of products, increase productivity greatly. In this paper, it mainly explore to the topic of mechanical parts of NC machine tools’ servo feed system, This article describes the designing method of the NC machine tools’ servo feed system , including designing the transmission system, choosing Ball Screws, servo motor, checking the accuracy and rigidity. Make out parts of NC machine tools’ servo feed system and assemble the parts with solidworks. Export 2D engineering drawing and make the animations of feed system, produce three-dimensional cutaway views of Ball Screws and Rolling Guides.Key word: NC machine;Servo motor; Servo feed system; Ball Screws目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 数控机床的概念 (1)1.2 数控机床的组成分类及特点 (1)1.2.1 数控机床的组成 (1)1.2.2 数控机床的分类 (1)1.2.3 数控机床的特点 (2)1.3 数控系统的发展简史及国外发展现状 (2)1.4 我国数控系统的发展现状及趋势 (3)1.4.1 数控技术状况 (3)1.4.2 数控系统的发展趋势 (4)1.5 伺服系统的特点 (4)1.6 本课题的研究内容和方法 (6)1.7 本章小结 (7)2 进给系统的总体方案设计 (7)2.1 机床的主要性能 (8)2.2 进给系统的精度要求 (8)2.3 进给传动控制伺服系统的选择 (8)2.4 进给系统的传动要求及传动类型的选择 (9)2.4.1 进给系统的传动要求 (9)2.4.2 传动类型的选择 (9)2.5 电机与丝杠联接方式的选择 (10)2.6 进给传动方案设计 (11)3 数控车床伺服进给系统X轴选型 (12)3.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (13)3.1.2 精度等级选定 (14)3.1.3 导程的计算和选定 (15)3.1.4 丝杆支承方式选定 (15)3.1.5 丝杆外径选定及校核 (15)3.1.6 计算最大轴向载荷 (16)3.1.7 轴向允许载荷计算 (16)3.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (17)3.1.9 寿命计算及校核 (19)3.2 电机的选型 (19)3.2.1 转速的计算 (19)3.2.2 驱动扭矩计算 (20)3.2.3 计算角加速度 (21)3.2.4 电机所需的加速扭矩 (21)3.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (21)3.2.6 电机转动惯量要求 (22)3.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (22)3.4 同步齿轮带传动的设计 (24)3.5 导轨的选择 (25)4 数控车床伺服进给系统Z轴选型 (26)4.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (26)4.1.1载荷的确定 (27)4.1.2 精度等级选定 (27)4.1.3 导程的计算和选定 (28)4.1.4 丝杆支承方式选定 (29)4.1.5 丝杆外径选定及校核 (29)4.1.6 计算最大轴向载荷 (29)4.1.7 轴向允许载荷计算 (30)4.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (31)4.1.9 寿命计算及校核 (33)4.2 电机的选型 (33)4.2.1 转速的计算 (33)4.2.2 驱动扭矩计算 (34)4.2.3 计算角加速度 (35)4.2.4 电机所需的加速扭矩 (35)4.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (35)4.2.6 电机转动惯量要求 (36)4.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (37)4.4 联轴器传动的设计 (39)4.5 导轨的选择 (39)5 伺服进给系统的结构设计 (40)5.1 solidworks实体设计的特征功能及其在本次设计中的应用405.2 伺服进给系统主要零件的设计及装配 (41)5.2.1 导轨的设计 (41)5.2.2 Z轴丝杠螺母的设计 (45)5.2.3 添加轴承 (46)5.2.4 添加紧固件 (46)5.2.5 X轴滑块的设计 (47)5.2.6 丝杠的设计 (47)5.3 伺服进给系统零件的装配 (48)5.4 伺服进给系统的装配图 (49)结论 (51)致谢 (52)参考文献 (53)附录A (54)附录B (69)1 绪论1.1 数控机床的概念数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。

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图6-6 静态矩角特性
3）最大启动转矩Mq
图6-7为三相单三拍矩角特性曲线，图中的A、B分别是相邻A相和B相的 静态矩角特性曲线，它们的交点所对应的转矩是步进电机的最大启动转矩 Mq 。如果外加负载转矩大于Mq ，电机就不能启动。如图6-7所示,当A相通 电时，若外加负载转矩Ma> Mq ，对应的失调角为θa ，当励磁电流由A相切 换到B相时，对应角θb ，B相的静转矩为Mb。从图中看出Mb< Mq,电机不 能带动负载做步进运动，因而启动转矩是电机能带动负载转动的极限转矩。 M
M wt 1 1 J z1 2 J z 2 2 J s i i 4 2i 2 M wt 2 1 Jz1 [ Jz 2 Js ] 2 i2 4
Jz2 —— 齿轮2的转动惯量 kg . m2 Js —— 丝杆2的转动惯量 kg . m2 Mw —— 工作台的质量 kg
4.工作原理
第六章 伺服驱动系统
如果A相通电则转子齿与A相极齿对齐，这时在B相两极下 定子齿与转子齿中心线并不对齐，而是转子齿中心线较定 子齿中心线反时针方向落后1/3齿距，即3o。 C相下，转子齿超前6o。 因此，当通电状态由A相变为B相时，转子顺时针方向
转过3o，C相通电再转3o。
9o
A相
3o
步进电机工作频率连续上升时，电动机不失步运行的最 高频率称为最高工作频率。 它的值也和负载有关。很显然，在同样负载下，最高工 作频率远大于启动频率.
第六章 伺服驱动系统
6）矩频特性
在连续运行状态下，步进电机的电磁力矩随频率的升高而 急剧下降，这两者的关系称为矩频特性.
4 3 2 1 0 4 8 12 16*1000 Md / Nm
若需二级，则降速比大的齿轮副应远离电机，
以利于提高传动系统的刚度和精度。
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第六章 伺服驱动系统
2)步进电机选择步骤 ② 计算惯量 设传动系统如右图所示： 伺服系统总惯量JG为
JG=Jm+Jleq
式中：Jm ——步进电机转子转动惯量 Jleq —— 换算到电机轴上的等效负载转动惯量
二、对伺服系统的基本要求

伺服驱动系统的选用 1）精度要求：定位精度、重复定位精度、加工精度 2）稳定性：达到平衡状态的能力 3）响应速度：跟踪指令信号的速度 4）调速范围：最高转速与最低转速之比Rn=nmax/nmin 5）低速转距特性:低速时转距输出能力


关于定位精度和重复定位精度
f /Hz
第六章 伺服驱动系统
7)加减速特性 步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率 和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的 变化频率与时间的关系. 当要求步进电机启动到大于突跳频率的工作频率时，变化速度 必须逐渐上升 同样,当要求步进电机从最高工作频率或高于突跳频率的工作 频率停止时，变化速度必须逐渐下降 逐渐上升或下降的加速时间、减速时间不能过小，否则会 出现失步或超步 一般用加速时间常数Ta 和减速时间常数Td来描 述步进电机的升速和降 速特性
nz1 nz2
V=nz2 . t
nm nz2
式中 V——工作台移动速度
t——丝杆导程 m
m/min
第六章 伺服驱动系统
2)步进电机选择步骤 ② 计算惯量
J leq
Vw 2 nz 2 2 nz 2 2 J z1 J z 2 ( ) J s ( ) M w ( ) nm nm 2 nm 2
第六章 伺服驱动系统
3. 步进电机的实物图
第六章 伺服驱动系统
3. 步进电机的实物图
第六章 伺服驱动系统
3. 步进电机的实物图
第六章 伺服驱动系统
3. 步进电机的实物图
第六章 伺服驱动系统
3. 步进电机的实物图
第六章 伺服驱动系统
3. 步进电机的实物图
第六章 伺服驱动系统
3. 步进电机的实物图
A
Mb
b θa
BLeabharlann CMq Maθ
图6-6 三相单三拍步进电机的启动转矩
第六章 伺服驱动系统
4）最高启动频率
空载时，步进电机由静止突然启动，并不失步的进入稳速运行， 所允许的启动频率的最高值为最高启动频率. 启动时频率大于最高启动频率时步进电机不能正常工作，最高 启动频率与步进电机的惯性负载有关.
5）最高工作频率
定位精度：移动件到达指令位置的准确度 重复定位精度：移动件在任意定位点的定位一致性
第六章 伺服驱动系统
第二节

开环伺服系统
一、组成
伺服驱动单元、执行元件、传动机构
工作台
CNC
驱动放大
步进电机
二、步进电机
将电脉冲转变成机械角位移的装置
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第六章 伺服驱动系统
1.分类
按输出转矩分： 伺服步进电机、功率 步进电机。 按励磁相数分： 三相、六相、五相、六相、八相 等 按工作原理分： 反应式、激磁式、混合式（永磁反应式）
n ni 2 Vj 2 Jleq=∑Ji( n ) + ∑Mj( ) kg m 2 m j-1 2 nm π i-1 m
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第六章 伺服驱动系统
2)步进电机选择步骤 ② 计算惯量
n ni 2 Vj 2 Jleq=∑Ji( n ) + ∑Mj( ) kg m 2 m j-1 2 nm π i-1 m
式中 Jz1 —— 齿轮1的转动惯量 kg . m2
第六章 伺服驱动系统
2)步进电机选择步骤 ② 计算惯量 其中 ，齿轮、丝杆的转动惯量（J）可按圆柱体转动惯量计算
7.8 10-13D4L Kg/cm3
式中 D —— 齿轮分度圆直径或丝杆名义直径 mm L —— 齿轮宽度或丝杆长度 mm γ—— 材料比重 kg/cm3
步进电机卡开环伺服应用实例



步进电机转子有80个齿，采用三相六拍驱动方式，经 丝杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，丝杠的导程 为5mm，工作台移动最大速度为6mm/s。求： (1)步进电机的步距角=？ (2)工作点的脉冲当量？ (3)步进电机的最高工作频率？
解：(1) 丝杠导程×步距角/360° (2) =5×0.75°/360°=0.01(mm/脉冲) (3) f v / 6 / 0.01 600 ( Hz )
第六章 伺服驱动系统
2.步进电机的结构
2) 转子
左图为一转子示意图：
转子上有均匀分布的
齿，没有绕组。
以四十齿为例来说明 步进电机的原理
转子齿间夹角为9o
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第六章 伺服驱动系统
3. 步进电机的实物图
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3. 步进电机的实物图
第六章 伺服驱动系统
3. 步进电机的实物图
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2.步进电机的结构
步进电机由转子和定子两部分组成 1) 定子 定子上有绕组分为若干相，每相磁极上有极齿。
左图为三相定子：AA’,BB’,CC’
A、B、C三相每相两极， 每极上五个齿
五个极齿
第六章 伺服驱动系统
2.步进电机的结构
定子上线圈的绕法
A相
C相
B相
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第6章
数控机床的伺服系统
6.1 概述
一、 伺服系统的组成 数控机床的伺服系统按其功能可分为：进给伺服系统和主轴伺服系统。 主轴伺服系统用于控制机床主轴的转动。 进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制 量的自动控制系统，通常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执 行部件组成。 进给伺服系统的作用：接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号， 由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电 机、功率步进电机等）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。 数控机床的进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行部件的运动 速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。 如果把数控装置比作数控机床的“大脑”，是发布“命令”的指挥机 构，那么伺服系统就是数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机构，它 是一个不折不扣的跟随者。
4.工作原理
定子绕组通断电顺序 定子绕组通断电转换频率 → 转子转向 → 转子转速
定子绕组通断电次数

→ 转子转角
通断电方式
三相单三拍
三相双三拍 三相六拍
A →B →C →A
（K=1）
（K=1）
AB →BC →CA →AB
A →AB →B →BC →C →CA →A （K=2）
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第六章 伺服驱动系统
④ 电机运行速度和最高工作频率能满足工作台切削加工 和快移要求。
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第六章 伺服驱动系统
2)步进电机选择步骤 ① 初定步进电机步距角，计算减速比，确定齿轮副 初选步进电机型号，根据其工作方式，初定步距角 i=Z1/Z2= t / 360 θ: 步进电机步距角, (o)/脉冲 t : 滚珠丝杆导程，mm δ: 脉冲当量，mm/脉冲 确定齿轮副齿数时，尽量选择一级降速;
5.主要控制特性
步距角（θ ）及步距误差
静态转矩与矩角特性
最大启动转矩Mq 启动频率（fst） 最高工作频率（fmax） 矩频特性 加减速特性
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第六章 伺服驱动系统
5.主要控制特性
1) 步距角（θ ）及步距误差
步距角是两个相临脉冲时间内转子转过的角度,一般来 说步距角越小,控制越精确。
B相
6o
C相
转子
转子
转子
第六章 伺服驱动系统
4.工作原理
一般 α=