1、*1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路一、系統(tǒng)構(gòu)成電脈沖機(jī)械角位移大小 輸入脈沖個(gè)數(shù)速度 輸入脈沖頻率方向：繞組通電順序*2沒(méi)有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件A相、B相C相、f、nCNC插補(bǔ)指令脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)*3二、步進(jìn)電機(jī)的選擇 1、步距角的選擇 =S / 360 i (mm / 脈沖） -脈沖當(dāng)量 S 絲杠螺距 -步距角 （） i-電機(jī)與絲杠間的傳動(dòng)比， I是大于1的數(shù)2、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)距Tjmax 的選擇TF = (F+W)S 10 2i(N.m)F-運(yùn)動(dòng)方向的阻抗切削力 （N) 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)W工

2、件及工作臺(tái)重量（N) 齒輪和絲杠的總效率I減速比 TF（0.20.4) Tjmax(相數(shù)較多、突跳頻率不高系數(shù)取大值步進(jìn)電機(jī)的伺服進(jìn)給傳動(dòng)示意圖*43、啟動(dòng)頻率fq的選擇fq：空載啟動(dòng)頻率（Hz) ，查電動(dòng)機(jī)樣本；fqF：設(shè)計(jì)要求的負(fù)載啟動(dòng)頻率（Hz) ，TF未知時(shí)，取fqF =fq /2 ； T：空載啟動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的力矩（N.m），查曲線；J：電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，查電動(dòng)機(jī)樣本（N.m.s)；JF：電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（N.m.s)；J1、J2、 J3 ：齒輪Z1、Z2及絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（N.m.s) ；*5v：進(jìn)給速度(m/min)。若要求工進(jìn)時(shí)（ve，Te)，快進(jìn)時(shí)（vk，Tk

3、)，則選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（fe，Te)和（fk，Tk)，使Te Te， Tk Tk 。4、fmax 的選擇 選擇步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率fmax 應(yīng)能滿足機(jī)床工作臺(tái)最高運(yùn)行速度的要求。*6 驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)組成：環(huán)形脈沖分配器+功率放大器對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求 （1）電源的相數(shù)、通電方式、電壓、電流應(yīng)與步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)相適應(yīng)； （2）能滿足步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求； （3）工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)； （4）成本低，效率高，安裝和維護(hù)方便。三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)電源）*71. 環(huán)形脈沖分配器 作用與分類 作用：將數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相輸 入端， 使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各繞組按一定

4、的順序和時(shí)間通電和斷 電，并使電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 硬件環(huán)形分配器邏輯電路CH250 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器的專用集成電路芯片環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配：I/O線少，速度高，專用集成電路 芯片；軟件環(huán)形分配：線路簡(jiǎn)化，靈活性大，成本低， I/O線多， 速度慢*8123456789181716151413121110CP-+CVCCBAYB013SG選通輸出控制清零3，4 勵(lì)磁方式控制A0=0, A1=0 三相單三拍A0=0, A1=1 三相雙三拍A0=1 三相六拍5，6 選通輸入控制9 接地時(shí)鐘輸入（脈沖頻率）12，11 正、反轉(zhuǎn)控制13 出錯(cuò)報(bào)警輸出18，17，15 A，B，C相輸出16 電源

5、*9 控制字X X向E0 Z R Z向E0 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0PA0PA18155PA2PA5PA6PA7PA3PA4TMOUT光電隔離功率放大Z向光電隔離功率放大X向GNDVccA0A1E0E1E2RABCDE+-CPA0A1E0E1E2RABC+-CPVccGNDVccGND+5V+5VYB015YB013*10UD J3L J3r C B A R* R CH250 J6r J6L EN CL Us 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8A、B、C- A、B、C 相輸出端 UD 、US-電源端J3L J3r J6r J6L -分別為

6、控制三拍、六拍工作的控制端R、R*-確定初始勵(lì)磁相；若為“10”，則為A相；若為“01”，則為A、B相。環(huán)分工作時(shí)應(yīng)為“00”狀態(tài)。CL、CN-進(jìn)給脈沖輸入端，若EN=1，進(jìn)給脈沖接CL,脈沖上升沿使環(huán)形分配器工作；若CL=0，進(jìn)給脈沖接EN,脈沖下降沿使環(huán)形分配器工作。不符合上述規(guī)定則為環(huán)形分配器狀態(tài)鎖定（保持）。*11（2）軟件環(huán)形分配器 查表法原理（比較法、移位寄存器法等） 軟件環(huán)形分配器控制流程框圖8031PA0PA1 PA2 PA3PA4 PA5 PA6 PA7 光電隔離電路功率放大電路XZABCabc8155*12 X向步進(jìn)電機(jī) Z向步進(jìn)電機(jī)節(jié)拍 C B A存儲(chǔ)單元方向節(jié)拍 c b

7、 a 存儲(chǔ)單元方向PA2PA1PA0地址內(nèi)容PA5PA4PA3地址內(nèi)容10012A00H01H逆轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn)10012A10H08H逆轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)20112A01H03H20112A11H18H30102A02H02H30102A12H10H41102A03H06H41102A13H30H51002A04H04H51002A14H20H61012A05H05H61012A15H28H兩步進(jìn)電機(jī)軟件環(huán)形分配器輸出狀態(tài)表 *132、功率放大器（功率驅(qū)動(dòng)器） 作用及分類 作用：將環(huán)形分配器或I/O口輸出的弱電信號(hào)放大，給步進(jìn)電 機(jī)每相繞組提供脈沖勵(lì)磁電流（1）單電壓與高低壓驅(qū)動(dòng)電路功率放大器按驅(qū)動(dòng)方式：?jiǎn)螇候?qū)

8、動(dòng)、雙壓（高低壓）驅(qū)動(dòng)按功率開(kāi)關(guān)元件：功率晶體管驅(qū)動(dòng)、晶閘管驅(qū)動(dòng)按控制方式：高低壓定時(shí)控制、恒流斬波控制、 脈寬控制繞組上升電流電流變化率上升時(shí)間常數(shù)下降時(shí)間常數(shù)*14單電壓驅(qū)動(dòng)電路高低壓驅(qū)動(dòng)電路*15斬波驅(qū)動(dòng)電路三種驅(qū)動(dòng)電路電流波形（2）斬波驅(qū)動(dòng)電路*16四、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Open-Loop System)不帶位置測(cè)量反饋裝置的系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)只能用步進(jìn)電機(jī)；主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控或普通機(jī)床的數(shù)控化改造A相、B相C相、A相、B相C相、f、nCNC插補(bǔ)指令脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大步進(jìn)電機(jī)*17 步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要解決的主要問(wèn)題：* 動(dòng)力計(jì)算 * 傳動(dòng)計(jì)算

9、* 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)或選擇目的：傳動(dòng)計(jì)算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當(dāng)量和進(jìn)給速度F的要求。圖中：f 脈沖頻率（HZ ） 步距角 （度） Z1、Z2 傳動(dòng)齒輪齒數(shù) t 螺距(mm) 脈沖當(dāng)量（mm）步進(jìn)電機(jī)Z1Z2tf，*18 傳動(dòng)比選擇： 為了湊脈沖當(dāng)量mm，也為了增大傳遞的扭矩，在步進(jìn)電機(jī)與絲桿之間，要增加一對(duì)齒輪傳動(dòng)副，那么，傳動(dòng)比i=Z1/Z2與、 、t之間有如下關(guān)系： 例： = 0.01 t = 6 mm = 0.75*19 進(jìn)給速度F：一般步進(jìn)電機(jī)：若：=0.01 mm 則：若 =0.001mm 則： 因此，當(dāng) 一定時(shí)， 與成正比，故我們?cè)谡劦讲竭M(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的最高速度時(shí)，都應(yīng)指明是在多大的脈沖當(dāng)量下的 否則是沒(méi)有意義的。*20五、提高步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)精度的措施 影響步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)傳動(dòng)精度的因素：步進(jìn)電機(jī)的步距角精度；機(jī)械傳動(dòng)部件的精度；絲桿等機(jī)械傳動(dòng)部件、支承的傳動(dòng)間隙；傳動(dòng)件和支承件的變形。 提高步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)傳動(dòng)精度的措施適當(dāng)提高系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的精度；采取各種精度補(bǔ)償措施。*21 傳動(dòng)間隙補(bǔ)償 在整個(gè)行程范圍內(nèi)測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)間隙，取其平均值存放在數(shù)控系統(tǒng)中的間隙補(bǔ)償單元，當(dāng)進(jìn)給系統(tǒng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)將補(bǔ)償值加到進(jìn)給指令中，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?螺矩誤差補(bǔ)償 滾珠絲桿在數(shù)控機(jī)床