X53K立式铣床毕业设计说明书.doc

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1、X53K立式铣床数控化改造设计 I 摘要通过对数控系统的研究，分析了X53K立式铣床的机械部分、进给伺服系统等的设计计算，进一步对电器控制系统进行数控改造，利用微机对纵向、横向进给系统进行开环控制，要求在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能，且纵向、横向的脉冲当量均为0.01mm/脉冲，控制X向、Y向两个坐标。驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠。并针对8031芯片系统的单片机进行了编程设计。从而使得该机床具有适应性强、较高的加工精度、稳定的加工质量等优点。关键词：普通机床，数控机床，改造 X53K立式铣床数控化改造设计 II ABSTRACTNumerical control system

2、 through research, analysis of the mechanical part of the X53K vertical milling machine, feed servo system design and calculation, and further to the electrical control system for NC transformation, the use of computers to vertical, horizontal feed system for open-loop control, demand In the vertica

3、l and horizontal with straight lines and circular interpolation function, and the vertical, horizontal pulses are equivalent 0.01mm / pulse, control X to, Y coordinates of the two. Drive components with stepper motor drive system with ball screw. And for the 8031 micro controller chip systems for th

4、e programming design. Which makes the machine has a strong adaptability, high machining accuracy and stable machining quality and so on.Key words: ordinary machine， Numerically-controller machine tool， transformation X53K立式铣床数控化改造设计 III目 录1 绪论-11.1 国内外基本情况-11.2 数控化改造的优缺点-41.3 铣床介绍-51.4 数控铣床的分类-51.5

5、立式数控铣床的常用布局形式-10 2 基本方案的比较与选择-112.1 伺服驱动-112.2 数控装置-122.3 机械传动-132.4 消隙齿轮的选用-15 3 机械部分设计计算-173.1 数控铣床主要设计参数-173.2 切削力计算-173.3 纵向进给系统设计计算-193.4 横向进给系统设计计算-263.5 轴的校核计算-32 4 硬件部分电路的设计-354.1 控制系统功能-354.2 CPU和储存器-354.3 I/O接口电路-364.4 其它辅助电路-37 总结-38 参考资料-39 致谢-40X53k立式铣床数控化改造设计 11绪论随着可持续技术和社会生产的不断完善发展，机械

6、制造技术有了深刻的变化。由于社会对产品多样化的需求更加强烈，多品种、中小批量的比重明显增加，采用传统的普通加工设备已难于适应高效率、高质量、多样化的加工要求。机床数控技术的应用，一方面促使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程连为一体；另一方面，促使机械加工的全过程与柔性自动化水平不断提高，即提高了制造系统适应各种生产条件变化的能力。数控技术同时也是柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）的技术基础之一，是机电一体化的重要组成部分。数控铣床是一种加工功能很强的数控机床。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此，目前人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件时，也

7、一直把铣削加工作为重点。目前国内数控加工机床的总体水平与世界领先国家的差距还较大，几乎所有高档数控机床仍依赖于进口设备。有一方面原因在于设计方法的落后，国内设计多采用二维设计，往往会产生干涉或设计错误而无法及时发现和解决。若采用三维设计软件进行辅助设计，能大大提高设计效率，并及时发现错误。另外用计算机辅助设计能提高CAD/CAM集成性，可用先进设计分析方法进行设计验证校核。1.1 国内外基本情况 1.1.1国外发展现状无人化、规模化生产对加工设备提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流伺服系统具有高响应、免维护(无碳刷、换向器等磨损元部件)、高可靠性等特点，正好适应了这一需求。例如，日本FAN

8、UC公司、三菱电机公司、安川电机公司、德国Siemens公司、AEG公司、力士乐Indramat公司、美国A.B公司、GE公司等均先后在1984年前后将交流伺服系统付诸实用。国内的交流伺服驱动技术起步较晚，到20世纪80年代末才有产品问世。如冶金部自动化研究院华腾公司的ACS系列、扬州5308厂引进Siemens公司的610系列，这些产品采用大功率晶体管模块(GTR)，属于模拟伺服，但从技术上填补了国内空白。进入20世纪中期，微电子制造工艺的日臻完善，使得DSP运算速度呈几何数上升，达到了伺服环路高速实时控制的要求，一些运动控制芯片制造商还将电机控制所必需的外围电路(如A/D转换器、位置/速度

9、检测倍频计数器、PWM发生器等)与DSP内核集成于一体，使得伺服控制回路采样时间达到100s以内，由单一芯片实现自动加、减速控制，电子齿轮同步控制，位置、速度、电流三环的数字化补偿控制。一些新的控制算法如速度前馈、加速度前馈、低通滤波、凹陷滤波等得以实现。另一方面，电力电子技X53k立式铣床数控化改造设计 2 术的发展，使得伺服系统主电路功率元件的开关频率由25kHz提升到1520kHz，1GBT(绝缘栅门双极性晶体管)及IPM(智能型功率模块)均是这一时代的产物，从而提高了系统的平稳性，降低了系统的噪音。以上两个方面不仅是交流伺服实现数字化的基础，而且使得交流伺服趋于小型化。目前一些工业发达

10、国家的伺服系统生产厂家基本上均能够提供全数字交流伺服系统或者可以与自己的CNC系统相配套，如日本FANUC公司、三菱电机公司、安川电机公司、松下公司、山洋电机公司、德国Siemens公司等。全数字交流伺服技术的飞速发展，使得用户根据负载状况(如惯量、间隙、摩擦力等)调整参数更为方便，也省去了一些模拟回路所产生的漂移等不稳定因素，但在发展初期，伺服接口缺乏统一标准，各个厂家均设计自己的接口电路，相互之间无可互换性，用户适配较为麻烦。在网络技术及PC-based CNC技术快速发展的情况下，这一问题尤为突出。1.1.2国外发展趋势在1987年，由德国机床协会和德国电力电子协会联合提出数字驱动接口国

11、际标准，即SERCOS(SerialReal-timeCommunicationSystem串行实时通信系统)接口作为高性能运动控制系统闭环数据串行实时通信接口，这两个协会将电机、驱动系统、CNC系统的主要制造商组成一个联合工作组。最初加入SERCOS工作组的公司有AEC、ABB、AMK、Banmuller、Bosch、Indramat、Siemens、Pacific Scientific等几家公司。到了1994年，SERCOS成为控制器与数字伺服驱动系统接口的国际标准并作为IEC61491标准获得通过，因此具有开放性，迄今成员已增加到70多个公司。与此同时，开发了相应的ASIC芯片、SERC

12、ON816，传输速度为2/4/8/16Mbit/s，SERCOS与其它串行现场总线相比，有效数据传输率高，例如Ethement以100Mbit/s速度传输数据时，有效数据传输率为510Mbit/s;SERCOS以16Mbit/s速度传输数据时，有效数据传输率为11Mbit/sCAN(controller Area Network)用于运动控制时，必须提供额外的存储缓冲器及信号管理资源，其成本大约是SERCOS接口的2倍，另一个特点是它的光纤噪声抑制能力强、传输可靠性高。虽然SERCOS接口初终是为CNC与数字伺服接口而开发，迄今已被广泛应用于通用运动控制器与数字伺服之间的接口。目前已能满足在2

13、ms内，使一台控制器与多达32个伺服系统实现数据通信。SERCOS为数字伺服网络化铺就了一条宽阔大道，可以预见，在不远的将来，带有SERCOS接口的伺服系统将会进入家庭、办公室、工厂车间乃至各个与伺服应用相关的领域。力士乐Indramat公司在1999年之所以占据北美伺服驱动市场10.5%的份额、位居第一位，一方面是该公司在应用工程、销售、服务及用户支持方面的加强，另一个主要因素是承诺开放结构SERCOS。轻质(如铜、木材、铝合金等)、复合材料在汽车、家电、AF业中的大量使用，对高速、高效加工提出了新的要求。为了适应这一需求，一些工业发达国家相继推出直线电机、高速主轴电机，而且付诸实用。对于直

14、线电机而言，其控制技术与传统的交流伺服电机相差不多，但由于直线电机本身没有转子等转动体，因而本身惯量小，所以具有X53k立式铣床数控化改造设计 3 高动态响应性，而检测元件直接安装于机械一侧，从而检测工作台的位移，也避免了旋转电机在方向改变时所存在的换向间隙，满足了高速、高精密加工对伺服驱动系统的要求。从各种展览会来看，一些工业发达国家在高速加工技术方面处于领先水平，IBAG公司已向业界提供0.125185kW，最高转速为14,000r/min的系列化高速内装式主轴系统，径向、轴向重复精度小于1m，电机轴承有混合陶瓷轴承、液静压轴承、磁浮轴承三种，采用水管冷却，且内置位置传感器供加工中心ATC

15、之用。主轴驱动采用矢量变频技术，已在模具加工、高精密电极加工、铝质零件加工、高精度磨削加工等领域广泛应用，Fisher公司也有类似产品。1.1.3国内发展现状国产数控机床的国内市场占有率达50，配国产数控系统(普及型)也达到了10。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟产品走向市场。同时，我国也已进人世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。我国现有数控机床生产厂家100多家，生产数控产品几千种以上。产品主要分为经济型、普及型和高档型三种类型。

16、在CIMT2003上，中国内地共展出机床700多台，在600多台金属切削机床和近100台金属成形机床展品中，数控机床分别占75和54。这既体现了中国机床市场的需求趋势，也反映了中国在数控机床产业化方面取得了突破性进展。虽然我国在数控产品的研究开发生产各方面有了较大的进步，但目前我国占据市场的产品主要集中在经济型产品上，而在中档、高档产品上市场比例仍然很小，与国外一些先进产品相比，在可靠性、稳定性、速度和精度等方面均存在较大差距。与发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。其主要表现在以下三个方面：（1）信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。（2）产品成熟度较低，可靠性

17、不高。（3）创新能力低，市场竞争力不强。1.1.4国内发展趋势(1) 高速高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标, 它直接关系到效率和产品质量。(2) 多功能化。 配有自动换刀机构(刀库容量可达100把以上)的各类加工中心,能在同一台机床上同时实现铣、镗、钻、车、铰、扩孔、攻螺纹等多种工序加工, 现代数控机床还采用了多主轴多面体切削, 即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。(3) 智能化。现代数控机床将引进自适应控制技术, 根据切削条件的变化,自动调节工作参数, 使加工过程中能保持最佳工作状态, 从而得到较高的加工精度和较小的X53k立式铣床数控化改造设计 4 表面粗糙度。(

18、4) 数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展,目前CAD/CAM 图形交互式自动编程已得到较多的应用。(5) 可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标, 数控系统将采用更高集成度的电路芯片, 利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路,以减少元器件的数量来提高可靠性。(6) 控制系统小型化。 数控系统小型化便于将机电装置结合为一体。目前主要超大规模集成元件多层印刷电路板采用三维安装方法,使电子元器件得以高密度安装,大规模缩小系统的占有空间。随着微电子技术、人工智能技术、计算机信息技术、先进材料技术、自动检测、自动控制等技术的发展, 数控机床的性能将越来越可靠、智能化水平越来越

19、高、加工效率越来越高、操作越来越简单和方便。1.2 数控化改造的优缺点1.2.1 减少投资额、交货期短同购置新机床相比，一般可以节省6080的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高23倍，与购置新机床相比，只能节省投资50左右。1.2.2 机械性能稳定可靠，结构受限所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。1.2

20、.3 熟悉了解设备、便于操作维修购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。1.2.4 可充分利用现有的条件可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。1.2.5 可以采用最新的控制技术可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。 X53k立式铣床数控化改造设计 51.3 铣床介绍铣床是一种用途广泛的机床。它可以加工平面(水平面、垂直面

21、等)、沟槽（键槽、T型槽、燕尾槽等）、多齿零件上齿槽（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹和螺旋槽）及各种曲面。此外，它还可以用于加工回转体表面及内孔，以及进行切断工作等。由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，所以生产效率高，但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，且每一个的切削厚度又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。铣床的类型很多，主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床和各种专门化铣床等。随着科学技术的进步，数控铣床得到了越来越广泛的应用，它一般分为立式和卧式两种，一般

22、数控铣床是指规格较小的升降台数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，规格较大的数控铣床，例如工作台宽度在500mm以上的，其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性制造单元。数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床，也称两轴半控制，即X、Y、Z三个坐标轴中，任意两个都可以联动。一般情况下，在数控铣床上只能用来加工平面曲线的轮廓。对于有特殊要求的数控铣床，还可以加进一个回转的A坐标或C坐标，即增加一个数控分度头或数控回转工作台，这是机床的数控系统为四坐标的数控系统，它可用来加工旋转槽、叶片等立体曲面零件。1.4 数控铣床的分类目前，数控铣床已发展成为品种齐全、规格繁多的大系统，可以从不同的角度进行分类。

23、1.4.1 按运动方式分类(1) 点位控制系统1点位控制系统是指数控系统只控制刀具或机床工作台，从一点准确地移动到另一点，而点与点之间运动的轨迹不需要严格控制的系统。为了减少移动部件的运动与定位时间，一般先以快速移动到终点附近位置，然后以低速准确移动到终点定位位置，以保证良好的定位精度。移动过程中刀具不进行切削。(2) 直线控制系统直线控制系统是指数控系统不仅控制刀具或工作台从一个点准确地移动到另一个点，而且保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统。移动部件在移动过程中进行切削。(3) 轮廓控制系统 X53k立式铣床数控化改造设计 6轮廓控制系统也称连续控制系统，是指数控系统能够对两个或两

24、个以上的坐标轴同时进行严格连续控制的系统。它不仅能控制移动部件从一个点准确地移动到另一个点，而且还能控制整个加工过程每一点的速度与位移量，将零件加工成一定的轮廓形状。1.4.2 按控制方式分类(1)开环控制系统2开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统。它是根据穿孔带上的数据指令，经过控制运算发出脉冲信号，输送到伺服驱动装置(如步进电动机)使伺服驱动装置转过相应的角度，然后经过减速齿轮和丝杠螺母机构，转换为移动部件的直线位移。图1-1所示为开环控制系统框图。由于开环控制系统不具有反馈装置，不能进行误差校正，因此系统精度较低。 虽然开环控制系统具有结构简单、工作稳定、使用维修方便及成本低的优点，但

25、它已不能满足数控铣床日益提高的精度要求。 图1-1 开环控制系统框图(2) 半闭环控制系统半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母机构不包括在闭环之内，所以传动丝杠螺母机构的误差仍然会影响移动部件的位移精度。图1-2所示为半闭环控制系统框图。半闭环控制系统调试方便，稳定性好，目前应用比较广泛。 图1-2 半闭环控制系统框图 X53k立式铣床数控化改

26、造设计 7(3) 闭环控制系统图1-3所示为闭环控制系统框图，闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除时才停止移动，达到精确定位的控制系统。闭环控制系统定位精度高(一般可达0.01mm，最高可达0.001mm)，一般应用在高精度数控铣床上。由于系统增加了检测、比较和反馈装置，所以结构比较复杂，调试维修比较困难。 图1-3 闭环控制系统框图1.4.3 按主轴的布局形式分类(1) 立式数控铣床3立式数控铣床主轴和工作台垂直，主要用于加工水平面内的形面。一般

27、规格较小的升降台数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下采用工作台移动、升降，主轴不动的方式，与普通立式升降台铣床差不多。中型立式数控铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，主轴沿垂向溜板上下运动。规格较大的数控铣床，如工作台宽度在500mm以上，往往采用龙门架移动式，这主要是考虑了扩大行程、缩小占地面积及刚性等技术问题的缘故。其主轴可以在龙门架的横向和垂向溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动，该类数控铣床的功能已逐渐向加工中心靠近，进而演变成柔性加工单元。立式数控铣床多为三坐标联动机床，即可以同时控制三个坐标轴运动，如图1-4所示。也有一些立式数控铣床只能同时控制三个坐标中的两个坐标联动，第

28、三个坐标轴只能沿一个方向作等距离的周期移动，这种立式数控铣床称为两轴半控制铣床。此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴作数控摆角运动的四坐标和五坐标立式数控铣床。一般情况下，数控铣床上控制的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多，机床的结构更复杂，对数控系统的要求更高，编程的难度更大，设备价格也更高。立式数控铣床在布局上也可以附加数控转盘。转盘水平时，可增加一个c轴；垂直放置时，可增加一个A轴或B轴；如果是万能数控转盘，则可以一次增加两个转动轴。为了提高生产率，一般采用数控自动交换工作台，以减少零件装卸的生产准备时间X53k立式铣床数控化改造设计 8 或

29、增加主轴数量。还可以增加靠模装置，以扩大加工范围，或采用气动或液压夹具来实现自动化装夹，以提高生产率。立式数控铣床一般适用于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。 图1-4 立式数控铣床图(2) 卧式数控铣床主轴轴线平行于水平面，为了扩大加工范围、扩充功能，常采用增加数控转盘或万能数实现4、5坐标加工，可以省去很多专用夹具或专用角度成形铣刀，适合加工箱体类零件及在一次安装中改变工位的零件，如图1-5所示。 图1-5 卧式数控铣床(3) 立卧两用式数控铣床主轴方向可以更换或作90旋转，在一台机床上既能进行立式加工，又能进行卧式加工，如图1-6所示。主轴方向的更换方

30、法有手动和自动两种，可以配上数控万能主X53k立式铣床数控化改造设计 9 轴头，主轴头可以任意转换方向，柔性极好。适合加工复杂的箱体类零件。另外，数控铣床如果按照体积来分可以分为小型数控铣床、中型数控铣床和大型数控铣床。如果按控制坐标的联动轴数分可分为两轴半控制、三轴控制和多轴控制数控铣床。 图1-6 立卧两用式数控铣床1.4.4 按数控系统功能水平分类数控铣床按数控系统的功能水平可分为低、中、高三档。这种分类方式，在国内用得很多。低、中、高档的界线是相对的，不同时期的划分标准有所不同。就目前的发展水平来看，大体可以从以下几个方面区分。(1) 分辨率和进给速度分辨率为10m、进给速度在815m

31、/min的为低档；分辨率为1m、进给速度在1524m/min的为中档；分辨率为0.1m、进给速度在15100 m/min的为高档。(2) 伺服进给类型采用开环、步进电动机进给系统的为低档；中、高档的则采用半闭环或闭环的直流伺服系统或交流伺服系统。(3) 联动轴数低档数控机床联动轴数一般为2轴；中、高档的则为35轴。(4) 通信能力低档数控系统一般无通信能力；中档的可以有Rs232c或直接数控(Direct Numerical control，简称DNC)接口；高档的还可以有制造自动化协议(Manufacturing Automation Protocol，简称MAP)通信接口，具有联网功能。(

32、5) 显示功能低档数控系统一般只有简单的数码管显示或单色CRT字符显示；中档的则具有较齐全的CRT显示，不仅有字符，而且有二维图形、人机对话、状态和自诊断功能等；高档的还可以有三维图形显示、图形编程等功能。(6) 内装PLC低档数控系统一般无PLC，中、高档的都有内装PLC。(7) 主CPU低档数控系统一般采用8bit CPU，中、高档的已经逐步由16bit CPUX53k立式铣床数控化改造设计 10 向32bit CPU过渡，国外一些新的数控系统甚至已选用了64bit CPU。在国内还有经济型数控的提法。所谓经济型数控，一般均属低档数控系统，是指由单板机、单片机和步进电动机组成的数控系统以及

33、其他功能简单、价格低的数控系统。它主要用于线切割机床及旧机床的改造等。1.5 立式数控铣床的常用布局形式立式数控铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围也最为广泛。小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降及主轴转动方式，与普通立式升降台铣床结构相似；中型立式数控铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直溜板上下运动；大型立式数控铣床，因要考虑到扩大行程、缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。从机床数控系统控制的坐标数量来看，目前3坐标立式数控铣床仍占大多数。一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行

34、3坐标中的任意2个坐标联动加工。此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标立式数控铣床。一般来说，机床控制的坐标轴越多，特别是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但随之而来的是机床的结构更复杂，对数控系统的要求更高，编程的难度更大，设备的价格也更高。 X53k立式铣床数控化改造设计 112基本方案的比较与选择2.1伺服驱动在我国设备数控化改造的一段时间里，较多采用步进电机作为伺服驱动元件。步进电机是一种特殊结构的电机，它是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置。对步进电动机施加一个电脉冲信号时，它就旋转一个固

35、定的角位移，我们通常把它称为一步，每一步所转过的角度叫步距角。常用步进电动机的步距角有0.36/0.72、0.75/1.5、0.9/1.8等，斜线前面的角度表示半步距角度，斜线后面的表示全步距角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格地成正比，在时间上角位移量与输入脉冲同步。因此，只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电相序，便可获得所需要的转角、转速及旋转方向。没有脉冲输入时，在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置而处于定位状态。由于步进电动机所用电源是脉冲电源，所以也称步进电动机为脉冲马达。步进电动机具有较好的定位精度，无漂移和累积定位误差，能跟踪一定频率范围的脉冲列，可作

36、同步电动机使用。2.1.1步进电动机特点4(1)步进电动机分转子与定子两大部分。转子是一个有许多齿的铁芯或者具有永磁磁极，由硅钢片或其他软磁材料组成，无绕组。定子也由硅钢片或软磁材料制成，上有多相控制绕组。步进电动机有专用电源供给电脉冲，它既不是正弦交流也不是恒定的直流，而是脉冲电流，故又叫脉冲马达。它的转速与脉冲频率成正比，改变输了频率，可实现无级调速。(2)步进电动机能把数字量直接变成模拟量，直接控制执行元件的位移量。它是一种将脉冲信号变换成角位移（或直线位移）的电磁元件，它的角位移与输入脉冲个数成正比，在时间上与输入脉冲同步，它能将指令脉冲变换成输出轴的不连续的选择，每外加一个脉冲信号，

37、它就转动一步。由于步进式的运动，故称之为步进电动机。(3)只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向、在一定的频率范围内，各种运行方式都能方便的任意改变，且不会丟步。(4)有自整步的能力。在无脉冲输入时，只要维持控制绕组电流不变，气隙磁场能使转子保持原有位置而处于定位状态。(5)没有一周的累积误差，故定位精度高。不过齿间的相邻误差还是存在的。(6)转子的转动惯量小，响应快。 X53k立式铣床数控化改造设计 122.1.2步进电动机的分类(1)按步进电动机输出转矩的大小，可以分为快速步进电动机和功率步进电动机。快速步进电动机连续工作频率高，而输出转矩小。功率步进电动机的输出转矩比较大。数控机床一般采用功率步进电动机。(2)按转矩产生的工作原理，步进电动机分为可变磁阻式、永磁式和混合式3种基本类型。可变磁阻式步进电动机又称为反应式步进电动机，它的工作原理是由改变电动机的定子和转子的软钢齿之间的电磁引力来改变定子和转子的相对位置，这种电动机结构简单，步距角小。永磁式步进电动机的转子铁芯上装有多条永久磁铁，转子的转动与定位是由定、转子之间的电磁引力与磁铁磁力共同作用的。与反应式步进电动机相比，相同体积的永磁式步进电动机转矩大，步距角也大。混合式步进电动机结合了反应式步进电动机和永磁式步进电动机