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浅谈数控转塔冲床中步进电机的一些基础知识

在数控转塔冲床中，会使用到步进电机，因其使用方便，优点多，所以被广泛使用，特别是在机床的开环伺服系统中。今天我们就来***介绍一下数控转塔冲床中关于步进电机的一些基础知识，以便读者对它有所了解。

什么是步进电机？简单来讲，它就是电机的一种，具体的讲，就是一种能将电脉冲信号转换成机械角位移的特殊电机。其转子是无绕组且分布着若干均匀的齿，在定子上有励磁绕组。

步进电机的工作原理是：当有脉冲输入时，转子就转过一个固定角度，其角位移量与输入脉冲个数成正比，在时间上也与输入脉冲同步。当元脉冲时，在绕组电源的激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置不变而处于***状态。

按输出扭矩分，步进电机可分为快速步进电机和功率步进电机；按励磁相数分，步进电机可分为三相、四相、五相、六相甚至八相等；按工作原理分，步进电机可分为磁咆式和反应式。

步进电机的角位移量一般是与指令脉冲的个数成正比的，并且旋转方向与通电相序有关，所以，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的通电相序，就可以得到所要求的转角大小、转速和方向。

步进电机的驱动是什么？

由上面的分析可知，步进电机的驱动电路要能控制各相励磁绕组电信号的通电变化频率、次数和通电顺序，主要是由脉冲分配器和功率放大器来完成，分配器是由门电路、触发器等基本逻辑功能元件组成的。方向指令是控制步进电机的正转与反转，而转角与转速是由指令脉冲的频率与数量决定的。

脉冲分配可由硬件或软件来实现，硬件主要是集成电路，它能提高系统的可靠性；软件主要是微机，通过汇编语言来实现，优点是控制灵活、可靠性高、制造成本低，缺点是程序复杂，需要占用大量的内存，并且耗时。

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浅析数控系统的发展趋势体现在哪儿

从目前来看，数控系统的发展趋势主要体现在性能、功能以及体系结构这三个方面，具体的表述为：

性能：高精高速高1效、柔性化、多轴化、软硬件开放化、智能化。

功能：用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿多样化、高性能的内置PLC。

体系结构：集成化、模块化。

下面就对这些进行具体阐述。

一、性能

1.高精高速高1效

效率、质量是***制造技术关键的性能指标，是***制造技术的主体。若采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统、高分辨率检测元件、交流数字伺服系统、配套电主轴、直线电机等技术可极大地提高1效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在今后的几年，超精密数控冲床正在向精密化、高速化、智能化和纳米化发展，汇合而成的新一代数控机床。

2.柔性化

数控系统采用新一代模块化设计，功能覆盖面更宽，可靠性更强，可满足不同用户的需求。同一***系统能根据不同生产流程，自动进行信息流动态调整，发挥***系统的功能。

3.多轴化

多轴联动加工，零件在一台数控机床上一次装夹后，可进行自动换刀、旋转主轴头、旋转工作台等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。

4.软硬件开放化

用户可根据自己的需要，对数控系统软件进行二次开发，用户的使用范围不再受生产商的制约。

5.智能化

在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着：自适应控制、模糊控制、***网络控制、***控制、学习控制、前馈控制等方面发展。如编程***系统故障诊断***系统，当系统出了故障时，诊断、维修等实现智能化。

二、功能

1.用户界面图形化

用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口，图形用户界面要适合各种用户包括非***用户的使用，通过窗口和莱单进行操作，可实现图形模拟、图形动态跟踪、仿11真和快速编程等功能。

2.科学计算可视化

信息交流已不再局限于用文字和语言表达，可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术可用于CAD／CAM、参数自动设定、刀具补偿、显示及加工过程的可视化仿1真等。

3.插补和补偿多样化

插补方式有直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、多项式插补等。补偿功能有垂直度补偿、间隙补偿、圆弧插补时过象限的误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、刀具半径补偿、温度补偿等。

4.高性能的内置PLC

数控系统内装高性能的PLC，可直接用梯形图或高1级语言编程，可在线调试和在线编辑修改，建立自己的应用程序。

三、体系结构

1.集成化

采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路，及专用集成电路芯片，提高数控系统的集成电路密度和软硬件运行速度及系统的可靠性。

2.模块化

实现数控系统的集成化和标准化，将CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，构成不同档次的数控系统。

数控系统基本构成、数控系统及硬件结构介绍

数控系统是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Con1trol System，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控，19世纪70年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。

计算机数控系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。

CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置(CNC装置)、可编程逻辑控制器(PLC)、主轴驱动装置和进给(伺服)驱动装置(包括检测装置)等组成。

CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。

1.基本构成

目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。

2.数控系统

一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。

控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。***1新一代的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。

3.硬件结构

数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成，这四部分之间通过I/O接口互连。

数控装置是数控系统的核心，其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。

数控系统到目前为止共发展了六代，第2一代是电子管数控系统，第二代是晶体管数控系统，第三代是集成电路数控系统，第四代是小型计算机数控系统，第五代是微型计算机数控系统，第六代是PC数控系统。

PC数控系统目前是***1***的结构体系，PC数控系统的发展，形成了PC嵌入NC的“NC PC”结构和NC嵌入PC的“PC NC”结构两大主要流派。后者又正在演变成PC I/O的“软件化”结构。从目前的情况看，新推出的PC数控系统已越来越多地采用PC NC结构，NC PC结构的发展已呈下降趋势。

随着PC技术水平和数控软件设计水平的提高，PC NC结构正逐渐发展成PC I/O的软件化结构和PC 实时网络的分布式结构。

数控装置的硬件结构按CNC装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块(小板)结构；按CNC装置硬件的制造方式，可以分为专用型结构和个人计算机式结构；按CNC装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。