数控机床及编程：步进电机与伺服电机的区别.doc

步进电机与伺服电机的区别 1、控制精度不同 ????两相混合式步进电机步距角一般为 3.6 °、 1.8° ，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、 0.36° 。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为 0.09° ；德国百格拉公司（ BERGER LAHR ）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为 1.8° 、 0.9° 、 0.72° 、 0.36° 、 0.18° 、 0.09° 、 0.072° 、 0.036° ，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 ????交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准 2500 线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为 360°/10000=0.036° 。对于带 17 位编码器的电机而言，驱动器每接收 2 17 =131072 个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为 360°/131072=9.89 秒。是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的 1/655 。 ? 2、低频特性不同 ????步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 ????交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（ FFT ），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 3、矩频特性不同 ????步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在 300 ～ 600RPM 。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为 2000RPM 或 3000RPM ）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 4、过载能力不同 ????步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 5、运行性能不同 ????步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 6、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要 200 ～ 400 毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下 MSMA 400W 交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速 3000RPM 仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。 为了提高数控机床的性能，对机床用进给伺服系统提出了很高的要求。由于各种数控机床所完成的加工任务不同，所以对进给伺服系统的要求也不尽相同，但大致可概括为以下四个方面。??? （1）高精度? 为了保证零件加工质量和提高效率，要保证数控机床的定位精度和加工精度。因此，在位置控制中要求有高的定位精度，如5μm、1μm等；而在速度控制中，要求有高的调速精度、强的抗负载扰动的能力，也即要求静态和动态速降尽可能小。??? （2）快响应? 为了保证轮廓切削形状精度和加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要求系统有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，位置跟踪误差（位置跟踪精度）要小。??? （3）宽调速范围? 它是指在额定负载时电动机能提供的最高转速与最低转速之比。对于一般的数控机床而言，要求进给伺服系统能在0～24m/min下都能正常工作。??? （4）低速大转矩? 根据机床加工特点，大都是在低速时进行重切削，既要求在低速时进给伺服系统有大的转矩输出。???? 为了满足上述四点要求，对进给伺服系统的执行元件－－伺服电动机也提出了相应的要求，它们是：???? 1）电动机在整个转速范围内都能平滑地运转，转矩波动要小，特别在低速时应仍有平稳的速度而无爬行现象。???? 2）电动机应有一定的过载能力，以满足低速、大转矩的要求。???? 3）为了满足快速响应的要求，电动机必须具有较小的转动惯量和大的堵转转矩、尽可