第三章机制48学时进给伺服系统发稿,打印人手一份

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1一．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α：每通电一次，转子转过的角度。MZ360（3－1）某步进电机转子齿数Z＝80，三相六拍工作方式，求步距角：代入（3－1）式α＝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fjJJffFqj1（3－2）==12ZZ（3－3）=12360360ZZTT（3－4）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（3－2）。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,（3－3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,（3－4式）例题：某数控车床采用110BF003步进电机，步距角α＝0.75º,要求δ＝0.01mm，T＝6mm，设计传动系统，画出传动原理图和结构原理图。解：由=12360360ZZTT得：=202501.0360675.0360T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3－5。原因是自感电动势有关。Mf图3－5矩频特性Z1Z2T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2提示：步进电机功率W一定，W=Mω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3－11所示，这种升降速时间最短。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：A→B→C→A→B→C→A………，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：A→AB→B→BC→C→CA→A→AB………，M=6,某时刻CA通电，反转通电相序为：C→BC→B→AB→A→CA→C→BC………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3－7：三相六拍正转通电脉冲状态数为：00000001B→01HA相通电00000011B→03HA、B相通电00000010B→02HB相通电00000110B→06HB、C相通电00000100B→04HC相通电00000101B→05HC、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#includebios.h#defineRIGHT333#defineESC27FILE*fp;intGetKey(void);unsignedchara[6]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05};intr=0,i=0,shu=0;intkey;main(){图3－7用IPC5313并行输入输出卡控制三相步进电机接口电路图••••••••D0D1D2地+5V12V●●●●A相放大电路B相放大电路C相放大电路••D1ftfJ升速段t1恒速段t2降速段t3图3－6自动升降速机制0903，0904，0905数控技术第三章进给伺服系统设计发稿，人手一份3while(r==0){key=GetKey();if(key==ESC)break;if(key==RIGHT){outportb(0x150,a[i]);shu++;printf(%d\n,shu);i++;if(i==6)i=0;}}}intGetKey(void)//执行这个程序，函数返回值为按键的ASCII码{intCh,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3－7，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3－8，边运行边显示运行的步数。#includestdlib.h#includedos.hFILE*fp;voidyxmove();unsignedchara[6]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05};intc=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;}}}voidyxmove(){outportb(0x150,a[i]);j--;printf(“%d\n”,j);i++;N开始读入脉冲当量总数到变量jj0？Yj=j－1显示剩余步数超程吗？Y结束N图3－8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Md＞Mf转矩合适吗？NY图3－9步进电机选择计算步骤机制0903，0904，0905数控技术第三章进给伺服系统设计发稿，人手一份4if(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（3－3）和（3－4）。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3－5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≥（2－3）负载力矩Mf（3－5）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:60V1000f（3－6）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3－9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：1JJ41md（3－7）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（3－24）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.脉冲频率B.脉冲速度C.通电顺序3.开环控制系统用于（A）数控机床上。A.经济型B.中、高档C.精密4.加工中心与数控铣床的主要区别是（Ｃ）。A.数控系统复杂程度不同B.机床精度不同C.有无自动换刀系统5.步进电机的起动频率比运行频率(①)。①高②低③相等④无法确定6.在步进电机性能中,矩频特性(①)。①频率越高力矩越小②力矩与频率无关③频率越高力矩越大④不同步进电机有不同矩频特性,但频率与力矩无法确定