开环进给伺服系统

使用功率步进电机作为伺服驱动装置的开环进给系统，曾在硬线数控机床上得到广泛应用，20世纪70年代以后逐渐为闭环进给系统所取代。现在国内一些普通机床的数控化改造，仍在使用功率步进电机的开环进给系统，计算机的外围设备绘图机，多数也采用步进电机开环进给系统来驱动绘图笔。设计步进电机开环进给系统要解决的问题是：传动计算、进给指令的给定和步进电机的驱动电路，现分述如下。
　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　图1 开环进给伺服系统
　1.步进电机开环进给系统的传动计算
　　　如图1（a）所示为直线进给系统，系统的脉冲当量 （mm），决定于步进电机的步距角。齿轮传动比i和滚珠丝杠的导程t（mm），其关系是
　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）
　　　对于图1（b）所示的圆周进给系统，如数控转台，设脉冲当量为 ，蜗杆为Z_k头，蜗
　轮为Z_w齿，则有
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）
　　　步进电机开环进给系统的脉冲当量一般取为0.01mm或0.001°，也有选用0.005～0.002mm或者0.005～0.002°的，脉冲当量小，进给位移的分辨率和精度就高，但是由于进给速度(mm/min)或(mm/min)，在同样的最高工作频率f 时，δ越小则最大进给速度值也越小。步进电机的进给系统使用齿轮传动，不仅是为了求得所需的脉冲当量，还有满足结构要求和增大转矩的作用。
　2.提高开环进给伺服系统位移精度的措施
　　 开环进给系统中，步进电机的步距角精度，机械传动部件的精度，丝杠、支承的传动间隙及传动支承件的变形等，将直接影响进给位移的精度，为了提高系统的精度，应该适当提高系统组成环节的精度，此外，还可采取各种精度补偿措施。
　　 传动间隙补偿
　　　　在进给传动机构中，提高传动元件的制造精度并采取消除传动间隙的措施，可以减小但不能完全消除传动间隙。由于间隙的存在，接受反向进给指令后，最初的若干个指令脉冲只能起到消除间隙的作用，因此产生了传动误差。传动间隙补偿的基本方法是：当接受反向位移指令后，首先不向步进电机输送反向位移脉冲，而是由间隙补偿电路或补偿软件发出一定数量的补偿脉冲，使步进电机转动越过传动间隙，然后再按指令脉冲使执行部件作准确的位移。
间隙补偿脉冲的数目由实测决定，并作为参数存贮起来，接受反向指令信号后，每向步进电机输送1个补偿脉冲的同时，将所存的补偿脉冲数减1，直至存数为0时，发出补偿完成信号，控制脉冲输出门向步进电机分配进给指令脉冲。
　　 螺距误差补偿
　　　　用螺距误差补偿电路或软件补偿的方法，可以补偿滚珠丝杠的螺距累积误差，以提高进给位移精度。首先要实测执行部件全行程的位移误差，在累积误差值达到一个位移脉冲当量的位置处，用硬件（如行程开关和挡块）或软件（查找位移误差表，确定误差位置和误差大小）的方法，发出一个正或负补偿脉冲，使步进电机少走或多走和误差大小相同的步数，从而校正位移误差。