步进电机在机床中应用.doc

步进电机在机床中的应用步进电机在机床中的应用机床是一个国家工业的基础，它对于国民经济的发展起着非常重要的作用。现代机床发展的方向是机床数控化，据统计，2002年世界数控机床总产A约占世界机床总产量的25%，而其中经济型数控机床又约占数控机床总量的30%,可见，经济型数控机床在机床中占有很大的比例。经济型数控机床进给系统一般由步进电机驱动，并经过转换机构将电机的旋转运动转换为工作台的直线运动。步进电机直接用数字脉冲进行开环控制，整个控制系统简单价廉，非常适合在经济划数控机床中进行运用。但是，传统步进电机组成的控制系统在某些场合下却存在运动系统体积大、安装调试难度高、系统动态性不好等问题，本文在对直线运动控制系统进行了深入的研究以后，提出了用一种新列电机进行直线运动控制的方法，并详细介绍了这种直线运动控制系统在数控机床中的应用。随着数控机床在航空、航天、造船、汽车、模具等机械制造领域的广泛应用，现代机械制造技术发生了巨大的变化。在数控技术影响着工业生产的同时，“数控”一词也风靡了大江南北。当我们提起数控技术自然会想到它的无数优点，而在这些众多优点中最令人印象深刻的也许就是其高精度、高效率。那么数控机床是如何做到这些的呢？1伺服系统的作用数控机床加工精度高、生产效率高。原因很多：有机床本身制造精度高的原因；有采用了先进的数控装置的原因；但最根本的原因是机床的伺服系统。数控机床的进给伺服系统与普通机床的进给系统有本质上的差异，它能根据指令信号自动精确地控制执行部件运动的位移、方向和速度，以及数个执行部件按一定的规律运动以合成一定的运动轨迹。进给伺服系统的性能，如最高移动速度、跟踪精度、定位精度等动态和静态性能，在很大程度上决定了数控机床的加工精度、加工表面质量和生产效率．而伺服系统的主要执行元件是伺服电机，因此，伺服驱动电机的性能在很大程度上影响进给伺服系统的性能。一般的来讲，在开环进给系统中采用的伺服电机有电液脉冲马达、功率步进电动机。在闭环进给系统中多采用宽调速直流伺服电机，随着科技的发展，交流伺服电机的研究不断取得显著进展，使交流伺服电机得到广泛应用。在我国开环进给系统使用非常普遍，而且从控制方式上来讲，步进电机和交流伺服电机比较相似，下面就主要介绍步进电机的作用。2步进电机在机床中的应用首先让我们来看看数控机床的组成。数控机床一般由：控制介质、数控装置、伺服系统、和机床本体组成。简单的可以将数控机床的工作划分成以下几个部分。第一步：将编好的程序通过控制介质输入到数控系统。这一步其实就是将编好的程序转化为机器所能识别的数字信息。第二步：是通过数控装置将那些转化好的数字信息再转化为脉冲信号（也就是电信号）传递给伺服系统。第三步：伺服系统将来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的精确运动。第四步：机床本体将运动信号通过机床本身的各传动部件来完成最终的机床运动。从数控机床的工作过程可以看出影响数控机床的精度除了来自机床本身的机械部件和传动部件外，伺服系统的工作情况直接影响数控机床的精度。下面让我们再来认识下伺服系统。所谓伺服系统是指以位置和速度作为控制对象的自动控制系统，又称拖动系统或随动系统。在数控机床上伺服系统接受来自插补装置或插补软件产生的进给脉冲指令，经过一定的信号变换及电压、功率放大，将其转化为机床工作台相对于切削刀具的运动，主要通过对步进电动机、交／直流伺服电动机等进给驱动元件的控制来实现。可见在使用步进电机的数控机床中，步进电机的性能直接影响到数控系统的精度。在这里仅对步进电机的工作原理、工作特点和发展的趋势做简单介绍和分析。步进电机的工作原理：步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移（或线位移）的开环控制元件，是一种特殊的电动机。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时，每给一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。在非超载的情况IF，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机内部构造如下图：通过上图可知，A，~A是联通