數(shù)控機(jī)床有哪些常用的驅(qū)動(dòng)元件?他們都有哪些作用？

數(shù)控機(jī)床常用的驅(qū)動(dòng)元件有步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)。

（一）步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的轉(zhuǎn)換裝置，是開環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)在接通電源后并不轉(zhuǎn)動(dòng)，僅當(dāng)有脈沖輸入時(shí)，轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度，其角位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，在時(shí)間上也與輸入脈沖同步。當(dāng)無脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)子保持原有位置不變而處于定位狀態(tài)。

步進(jìn)電機(jī)按其輸出扭矩大小，可分為快速步進(jìn)電機(jī)和功率步進(jìn)電機(jī)；按其勵(lì)磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相甚至八相步進(jìn)電機(jī)等；按其工作原理又分為勵(lì)磁式和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。

由于步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)成正比，旋轉(zhuǎn)方向與通電相序有關(guān)，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的通電相序，即可獲得所需的轉(zhuǎn)角大小、轉(zhuǎn)速和方向。其調(diào)速范圍廣，響應(yīng)快，靈敏度高，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，且有一定的精度，所以被廣泛應(yīng)用于開環(huán)伺服系統(tǒng)中。圖8-16為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路框圖，它由變頻信號(hào)源、脈沖分配器、功率放大器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等組成。

變頻信號(hào)源是一個(gè)頻率從幾赫茲到幾萬赫茲的頻率連續(xù)可調(diào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器，它按照運(yùn)行指令把不同頻率的脈沖輸送到脈沖分配器，對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)行各種運(yùn)行狀態(tài)的控制。脈沖分配器接受輸入脈沖和方向指令，向功率驅(qū)動(dòng)器供給控制信號(hào)。脈沖分配器輸出的脈沖經(jīng)功率放大器放大后而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。

（二）直流伺服電機(jī)

由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的開環(huán)伺服系統(tǒng)的一些技術(shù)性能不能滿足數(shù)控機(jī)床的使用要求，而且其性能的提高也受到了很大限制。因此，20世紀(jì)60年代初期出現(xiàn)了小慣量直流伺服電機(jī)，70年代初出現(xiàn)了大慣量直流伺服電機(jī)（又稱寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)）。目前許多數(shù)控機(jī)床采用大慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)組成閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

1．小慣量直流伺服電機(jī)

小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)是為了提高伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性而研制的，它由一般的直流電機(jī)演變而來，但其轉(zhuǎn)子與一般的直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子不同：一是它的轉(zhuǎn)子長(zhǎng)而直徑?。欢撬霓D(zhuǎn)子是光滑無槽的鐵心，線圈直接用絕緣粘合劑粘在鐵心表面上。因而這種電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比小，具有機(jī)械時(shí)間常數(shù)小、響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)特性好、低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)檫@種電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量小，因而過載能力低。再有這種電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量比機(jī)床移動(dòng)部件的慣量小，兩者之間須使用齒輪減速才能很好地匹配，從而增加了傳動(dòng)鏈誤差。這種伺服電機(jī)在早期的數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛應(yīng)用。

2．寬調(diào)速直流伺服電機(jī)

寬調(diào)速直流伺服電機(jī)是在維持一般直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變的前提下，通過提高轉(zhuǎn)矩來改善其特性，具體措施是：1）增加定子磁極對(duì)數(shù)，并采用轎頑力強(qiáng)的永磁材料；2）在同樣的轉(zhuǎn)子外徑和電樞電流的情況下，增加轉(zhuǎn)子上的槽數(shù)和槽的截面積。從而提高了電機(jī)的瞬時(shí)加速力矩，改善了其動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。因此這種電機(jī)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、過載能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，可直接與絲杠相連，提高機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)精度。目前在各種直線伺服電機(jī)中，寬調(diào)速直流伺服電機(jī)是應(yīng)用最廣的一種。不過這種電機(jī)的價(jià)格較貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修也較麻煩。

（三）交流伺服電機(jī)

盡管直流伺服電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但由于它的電刷和換向器易磨損，換向有時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受到限制，且直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，因而在使用上受到一定限制。交流伺服電機(jī)無電刷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便，輸出功率大，調(diào)速范圍廣，在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用日益廣泛，在某些場(chǎng)合下已取代了直流伺服電機(jī)。

交流伺服電機(jī)可分為同步交流伺服電機(jī)和異步交流伺服電機(jī)兩大類。異步交流伺服電機(jī)所采用的電流有三相和單相兩種。同步交流伺服電機(jī)的磁勢(shì)源可以是電磁式、永磁式和反應(yīng)式等多種，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中多采用永磁式同步伺服電機(jī)。