21 Принцип работы шагового привода.

Шаговые приводы подач относятся к разомкнутым системам, т.е. без обратной связи. В основе их лежит особенность работы шагового двигателя.

Рис. 30

a, b, c – сердечники;

1, 2, 3, 4 – полюса ротора.

При переключении обмоток ротор поворачивается всегда на строго определенный угол, т.е. на один шаг.

При подаче напряжения на обмотку а, вокруг сердечника статора наводится электромагнитное поле. В результате к сердечнику притягивается ближайший полюс ротора 1, далее напряжение подается на обмотку b и к этому сердечнику притягивается ближайший полюс ротора 2, т.е. ротор повернется на угол 30⁰.

При переключении обмоток в порядке a-b-c-a-b-c-… ротор будет вращаться по часовой стрелке. Такая коммутация называется 3-х контактной.

При смене последовательности коммутации обмоток a-c-b-a-c-b-… вращение ротора будет осуществляться в обратную сторону.

Угол поворота ротора можно уменьшить, в данном случае, за счет применения 6-ти контактной коммутации a-ab-b-bc-c-ca-… , тогда угол будет 15⁰.

Для уменьшения угла поворота применяют шаговые двигатели с большим количеством полюсов. Угол так же можно менять путем изменения величины тока в обмотках.

Характеристики шагового двигателя:

1. дискретность при заданном числе тактов коммутации, т.е.угол поворота. Применяют двигатели в станках с углом поворота 3-0,75⁰.

2. двигатели различаются по величине крутящего момента. Они делятся на силовые (не более 200 Вт) и управляющие – серводвигатели.

3. максимальная частота, при которой могут работать двигатели после плавного разгона. Для управляющих шаговых двигателей:

4. частота преемственности – это тот максимально допустимый перепад частот, который может воспроизводить двигатель без потери шагов. Для управляющих шаговых двигателей:

22 Структура шагового привода станка с чпу. Преимущества и недостатки шаговых приводов.

От интерполятора на вход «+» или «-» реверсивного счетчика РС, в зависимости от направления движения, поступают импульсы напряжений.

Каждый импульс означает, требование переместится столу на одну единицу дискретности. Счетчик РС подсчитывает количество пришедших импульсов.

Реверсивный счетчик может работать как на сложение, так и на вычитание. Число, записанное в счетчике, преобразуется дешифратором ДШ в соответствующую комбинацию фаз коммутации шагового двигателя. Сигнал по каждой фазе усиливается по мощности усилителем УС до необходимой величины для данного двигателя.

Тогда для 3-х контактно коммутации можно записать:

Импульс	0	1	2	3	4	5	6	7	…
Число в РС	0	1	2	0	1	2	0	1	…
Фаза	a	b	c	a	b	c	a	b	…

Ротор шагового двигателя, вращаясь через редуктор Ред. и ходовой винт, перемещает стол на столько единиц дискретности, сколько шагов сделал шаговый двигатель.

При маломощных шаговых двигателей часто применяют усилитель момента, обычно гидравлический. ГУ – гидроусилитель.

Уравнение кинематического баланса.

- передаточное отношение ГУ;

- передаточное отношение редуктора;

- шаг винта;

- угол поворота ротора.

,

где - величина перемещения стола.

Обычно =1.

Из этого соотношения можно найти при известной , заданном необходимое передаточное отношение редуктора и шаг винта . Скорость перемещения определяется по следующей формуле:

- величина дискретности перемещения стола, т.е. минимальный шаг.

f – частота поступающих импульсов.

Принято изображать подачу в мм/мин.

Силовой расчет.

Можно провести исходя из равенства работ, выполняемых двигателем и столом.

где - крутящий момент, развиваемый двигателем.

- угол шагания в радианах.

- КПД.

Р – сила, преодолеваемая столом (сила резания и сила трения).

Из этого соотношения можно найти необходимый , т.е. выбрать двигатель по мощности.

Достоинства:

Простой, дешевый, надежный.

Недостатки:

1. невозможность получения больших скоростей перемещения при малой дискретности.

Пример.

2. трудно получить высокую точность, т.к. она зависит от точности изготовления механических передач, от зазоров, от силовых и температурных деформации нагруженных передач.

3. низкий КПД шагового двигателя. Таким образом, область применения шаговых приводов – это оборудования не очень высокой точности с небольшими скоростями перемещений.

В настоящее время эти привода вытесняются следящими приводами.